CN117715801A

CN117715801A - 车载电网及用于运行车载电网的方法

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Publication number: CN117715801A
Application number: CN202280051350.3A
Authority: CN
Inventors: T·格罗; M·施奈德; T·托马尼克
Original assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-03-15
Also published as: DE102021118869A1; EP4373714A1; WO2023001968A1

Abstract

本发明涉及一种用于运行用于机动车(50)的车载电网(52)的方法，其中，由具有至少两个子电池(26、28)的车载电网(52)的车辆电池(54)，在车载电网(52)的与车辆电池(54)电耦联的传统的供给联接部(46)处提供比至少两个子电池(26、28)中的一个更多的电能。根据本发明提出，车载电网(52)的至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)通过联接在车辆电池(54)处的车载电网(52)的耦联装置(10、40)供给电能，其中，耦联装置(10、40)根据耦联装置(10、40)的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)分别与至少两个子电池(26、28)中的刚好一个电耦联。

Description

车载电网及用于运行车载电网的方法

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的车载电网，该车载电网具有包括至少两个子电池的车辆电池以及至少一个传统的供给联接部，该传统的供给联接部与车辆电池电耦联，使得车辆电池在至少一个传统的供给联接部处提供比至少两个子电池中的一个更多的电能。此外，本发明也涉及一种具有车载电网的机动车。最终，本发明也涉及一种用于运行用于机动车的车载电网的方法，其中，由车载电网的具有至少两个子电池的车辆电池在车载电网的与车辆电池电耦联的传统的供给联接部处提供比至少两个子电池中的一个更多的电能。

背景技术

在现有技术中，此类的车载电网，具有此类的车载电网的机动车以及用于其运行的方法是广泛已知的，从而出于这个原因不需要特别的公开文献证实。在机动车中，车载电网可以用于将电能在至少一个供给联接部处联接到车载电网处的电装置之间分配。供给联接部可以是可以在机动车中布置在特定的位置处的车载电网的局部部位。但车载电网也可以布置成在机动车上分布，从而传统的供给联接部也可以具有多于仅仅一个单个的用于联接电装置的联接部位。这种联接部位可以分布地布置在机动车中。

此外，车载电网具有至少一个用于提供电能的车辆电池。在此，电能的提供不仅是指将电能输出到车载电网的电装置处，确切的说联接在车载电网处的电装置处，而且也包括电能的接收，例如当在可电驱动的机动车中在制动过程时回收的情况中借助于相应的电装置将动能转换成电能并且输送给车载电网时。当然，这也同样适用于术语“供给”。例如，德国专利文献DE 10 2014 201 316公开了一种在机动车中的电的能量系统以及专利文献DE 10 2012 003 309 A1公开了一种用于运行该能量系统的方法、以及DE 10 2005 038746 A1公开了一种用于在机动车中的电压供给的方法和设备，这些专利文献都公开了此类的车载电网。

目前常见的是，机动车配备有至少部分地在极端的行驶情况中辅助机动车的驾驶员的转向和/或制动系统。这种转向和/或制动系统常常使用电能，其中，不再需要驾驶员的直接干预。但此时，如果在这种转向和/或制动系统中或在这些系统中一个的能量供给中出现故障，设置机械的或液压的后备级，以能够仍然为驾驶员实现机动车的可转向和/或制动性。

尤其是在自动化的行驶，特别是高度自动化的行驶(HAF)方面，越来越高的行驶自动化能够实现，为将来的机动车的内部空间提供新式的方案，其中，机动车的乘员，尤其是同样驾驶员可以占据不同的位置。即，例如可以规定，能够实现座椅的睡眠位置或转动。但这也需要在例如转向和/或制动系统方面的新方案，因为一方面，驾驶员可能不再能碰触到机械的或液压的控制器件，或例如应该能够与驾驶员干预无关地进行自动化的、尤其是自主的机动车引导。于是，在这种类型的系统中，通常仅仅还存在例如在一方面传感器(例如方向盘或制动踏板)和另一方面执行器(例如转向电机、制动电机等)之间的单纯电的或电子的连接。这也被称为X-By-Wire(线控技术)。由此需要高可靠性的车辆系统，这些车辆系统需要用于常规运行的可靠的电能量供给，并且满足根据汽车安全完整性等级D(根据ISO26262的ASIL D)的最高安全标准以及相关的法规(例如用于线控转向的ECE R 13、ECE R79)的要求。

因此，在现有技术中需要将特别的注意力放在系统，尤其是安全关键的系统的电的能量供给上。在此表明，仅仅设置两个冗余的能量供给路径并不够。因此，例如在由于反作用出现短路时，也可能涉及到冗余的能量供给路径，从而可能不再可以保证安全关键的系统的常规运行。通过已知的现有技术，同样不能拦住这种类型的其它问题。因此，现有技术不适合用于例如尤其是对于机动车的自主引导所需的相应安全且可靠的能量供给。

发明内容

本发明的目的是，改进尤其是用于机动车的自主运行的能量供给的可靠性。

作为解决方案，通过本发明提出一种车载电网、一种机动车以及一种根据独立权利要求所述的方法。

通过从属权利要求的特征得到有利的改进方案。

在此类的车载电网方面，通过本发明，根据第一方面尤其是提出，车载电网具有联接在车辆电池处的耦联装置以及至少一个第一和第二安全供给联接部，其中，安全供给联接部联接在耦联装置处，其中，耦联装置构造成，根据耦联装置的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部分别与至少两个子电池中的刚好一个电耦联。

对于此类的车载电网，此外，根据第二方面尤其是提出，车载电网具有联接在车辆电池处的耦联装置以及至少一个第一和第二安全供给联接部，安全供给联接部联接在耦联装置处，其中，耦联装置具有第三连接开关元件并且构造成，根据耦联装置的耦联状态，使第一或第二安全供给联接部与至少两个子电池中的一个电耦联，并且根据第三供给开关元件的开关状态，使安全供给联接部中的相应至少另一个通过第三供给开关元件与传统的供给联接部电耦联。

在此类的机动车方面，通过本发明尤其是提出，机动车具有根据本发明的车载电网。

在此类的方法方面，通过本发明，根据第一方面尤其是提出，车载电网的至少一个第一和第二安全供给联接部通过联接在车辆电池处的车载电网的耦联装置供给电能，其中，耦联装置根据耦联装置的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部分别与至少两个子电池中的刚好一个电耦联。

最终，在此类的方法方面，根据第二方面提出，车载电网的至少一个第一和第二安全供给联接部通过联接在车辆电池处的车载电网的耦联装置供给电能，其中，耦联装置根据耦联装置的耦联状态，使第一或第二安全供给联接部与至少两个子电池中的一个电耦联，并且根据耦联装置的第三连接开关元件的开关状态，使安全供给联接部中的相应至少另一个通过第三连接开关元件与传统的供给联接部电耦联。

此外，本发明基于这样的想法，即，分区的蓄能器，尤其是具有至少两个子电池的车辆电池，能够实现新的安全方案。在分区的情况中，可以形成分别包括至少一个单个的电池电芯的子电池。但优选地，子电池中的每一个包括多个电池电芯，根据需求和功能，这些电池电芯可以串联和/或并联。子电池在电池电芯及其互联方面可以构造成基本上相同。但这不是必须的。根据需求，子电池也可以具有数量彼此不同的电池电芯。原则上，相同的也适用于在相应的子电池之内的电池电芯的互联。在车辆电池之内，子电池同样可以并联和/或也可以串联。但优选地设置并联。

优选地，车辆电池构造成可逆地以电化学的方式储存电能。例如，车辆电池可以是高压电池。在此，高压指的是大于约60V的电的直流电压。优选地，高压符合标准ECE R 100或类似。优选地，车载电网是被直流电压加载的直流电压电网。但车载电网不必被单独的直流电压加载。优选地，车载电网一方面可以被高压直流电压加载并且另一方面可以被低压车载电压加载。术语“低压”在此指的是小于高压电压的电的直流电压。但本发明不限制于直流电压中的至少一个是高压电压。也可以规定，两个直流电压都是低压电压或也都是高压电压。

车辆电池与传统的供给联接部电耦联，并且在传统的供给联接部处提供比至少两个子电池中的一个更多的电能。优选地，在传统的供给联接部处提供相应于子电池中的多个，优选地子电池中的所有的串联电路的电压。因此，传统的供给联接部优选地被相应于车辆电池的测定电压的电压加载。但原则上也可以规定，传统的供给联接部通过直流电压转换器与车辆电池电耦联。直流电压转换器或能量转换器优选地是耦联装置的组成部分。由此实现，可以根据需求与车辆电池的测定电压不同地调整在传统的供给联接部处的电压。

能量转换器可以构造成单向的能量转换器，单向的能量转换仅仅允许从车辆电池向联接在传统的供给联接部处的电装置的能量流。但优选地，能量转换器构造成双向能量转换器，从而也能够实现从联接在传统的供给联接部处的电装置中的一个或多个向车辆电池的反向的能量流。

优选地，车辆电池是锂离子电池，也就是说，其电池电芯基于相应的电芯化学系统的电池。但本发明不限制于此。同样也可以使用其它电芯化学系统来实现本发明，例如铅酸、镍镉和/或类似物。

本发明还基于另一想法，即，单个的电装置，尤其是电负载，或者也整个的能量供给电网，可以从至少两个冗余地设置的能量源中供给电能。能量源可以通过车辆电池的不同的子电池实现。借助于根据本发明设计的车载电网，可以尽可能地避免在电装置和能量源之间的反作用。为了这个目的，设置联接在车辆电池处的耦联装置以及至少两个安全供给联接部。安全供给联接部自身联接在耦联装置处。

根据第一方面，耦联装置构造成，根据耦联装置的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部分别与至少两个子电池中的刚好一个电耦联。为了这个目的可以规定，至少两个安全供给联接部中的每一个与另一子电池电耦联。但是，也可以规定，至少两个安全供给联接部中的至少两个与相同的子电池中的刚好一个电耦联。即，安全供给联接部设置成至少一个传统的供给联接部的补充。

优选地，在安全供给联接部处联接其运行对于机动车中的常规行驶运行来说基本上必不可少的电装置，例如电的制动装置、电的转向装置和/或类似物。借助于耦联装置，可以以预设的方式实现电的耦联。为了这个目的，耦联装置可以具有一个或多个开关元件，开关元件可以以合适的方式互联以实现期望的功能性。即，例如可以规定，与刚好一个子电池的电的耦联通过相应的开关元件实现以保证电装置的能量供给。通过开关元件可以实现，一个子电池的故障不必作用于其它耦联的能量源上，并且由此尤其是不作用于电装置的整个能量供给，尤其是不作用于联接在安全供给联接部处的电装置。因此，通过合适的切换措施，可以使至少两个安全供给联接部在能量供给技术上彼此脱耦。由此实现，改善尤其是用于机动车的常规运行的安全性所需的电装置的可靠性和安全性。

原则上，相同的也适用于安全关键的电装置可以联接在该处的安全供给联接部。优选地，在该联接部处，仅仅联接满足根据开头所述标准满足确定的电的安全性前提的电装置。也就是说，例如，这种类型的电装置应该适合，尽可能地避免通过在该电装置中出现的故障反作用到电装置自身所联接的安全供给联接部上。背景是，机械的安全元件例如保险熔丝由于其迟缓的切换性能在很多情况中都不适合于此。通常，保险熔丝用作导线保护，并且因此通常不能实现此处期望的功能性。因此，作为安全元件，特别是使用例如也可以具有开关元件的电子安全元件。但是，当例如对于电装置中的相应的电装置来说可以在结构上防止可能在其能量供给的区域中出现例如短路时，也可以省去安全元件。例如，这可以通过用多个电容器的串联电路代替单个的电容器实现，电容器联接在供给电压的电势之间，从而在电容器中的短路不导致供给电压的短路。此外可以规定，在安全供给联接部中出现故障的情况中，可以激活安全元件。此外，出于安全性原因，当然可以设置其它重要的电的特性。

例如，如果在制动系统方面需要冗余性，可以规定，设置两个彼此独立的制动系统，其中，制动系统中的一个联接在第一安全供给联接部处，而制动系统中的第二个联接在第二安全供给联接部处。如果在两个安全供给联接部中的一个中出现影响联接在该安全供给联接部处的制动系统的故障，可以借助于根据本发明的耦联装置相应地如此进行相应的停用，即，制动系统中的另一可以正常地继续运行。为了这个目的，设置相应的开关元件，通过该开关元件实现，在相应的故障的情况中，停用相应的安全供给联接部，确切的说根据其开关状态。此外，存在这样的可能性，即，通过耦联装置并且通过开关元件的相应的开关状态，仅仅从两个能量源中的一个中实现两个制动系统的能量供给，由此，在两个能量源中的一个故障时也不会导致，妨碍制动系统的功能。这当然也适用于任意其它可以联接在安全供给联接部处的电装置。

在此，补充地应考虑的是，电装置不必仅仅是电负载，而是补充地也可以设置另外的电的能量源，或者电装置可以根据相应的运行状态消耗电能或者提供电能。但优选地，对于安全供给联接部规定，在此仅仅联接电负载。

开关元件可以通过一个或多个半导体开关元件形成。此外，开关元件也可以具有至少一个电子机械的开关元件，例如继电器、断路器和/或类似物。原则上，半导体开关元件也可以通过电子机械的开关元件或每种任意其它合适的开关元件形成。

开关元件尤其是可以构造成半导体开关元件，例如通过晶体管，尤其是场效应晶体管，优选地金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)形成，但是也可以通过门极可关断晶闸管(GTO)形成和/或类似物或任意其它类型的开关元件形成。优选地，开关元件以集成的方式布置在耦联装置中。

为了通过耦联装置提供期望的开关功能性，使半导体开关元件在切换运行中运行。在使用晶体管的半导体开关元件方面，切换运行意味着，在接通的开关状态中，在形成切换路径的晶体管的联接部之间，提供非常小的电阻，从而在非常小的剩余电压下实现高的电流。相反地，在断开的开关状态中，晶体管的切换路径欧姆值高，也就是说，切换路径提供高的电阻，从而在切换路径处出现的电压高时，也基本上不存在或仅仅存在非常小的，尤其是可忽略的电流。在晶体管中，线性运行与此不同。

优选地，开关元件联接在至少一个控制单元处，该控制单元为开关元件提供相应的控制信号，从而开关元件具有期望的开关状态。控制单元至少联接在开关元件处，尤其是电流分配装置的半导体开关元件处。优选地，控制单元至少部分地以集成的方式构造在耦联装置中。此外，耦联装置，尤其是控制单元可以具有通信接口，耦联装置通过该通信接口与上级的控制装置，例如车辆控制装置通信连接。为了控制开关元件，控制单元至少部分地集成在耦联装置中，因为例如在硬短路时应该非常快速地进行切换过程，例如快于约500μs，优选地快于约100μs。

例如，通信接口可以构造成有线的和/或也可以构造成无线的。无线地构造的通信连接例如可以基于无线电，尤其是近无线电。优选地，开关元件中的每一个具有自己的通信接口，开关元件借助于该通信接口与控制单元通信连接。尤其是，装置侧的通信接口可以联接在开关元件控制装置的相应的集成的部分处，开关元件控制装置自身至少联接在半导体开关元件处，以用于以可预设的方式在其开关状态方面控制半导体开关元件。由此，可以借助于控制单元控制相应的供给路径的激活或停用。

控制单元自身可以设置成独立的结构单元。但优选地，控制单元是耦联装置的组成部分并且特别优选地以集成的方式布置在耦联装置中。

相应地，本发明实现，在不同类型的故障时能够实现车载电网的至少一种部分运行，从而可以刚好可靠地使安全关键的系统继续运行。由此，本发明也能够实现，可以根据开头给出的标准实现安全性要求。这通过以下方式辅助，即，根据本发明也设置至少两个安全供给联接部。与此无关地，当然也可以设置一个或多个传统的供给联接部，但其中，在耦联装置方面的注意力在于在安全供给联接部中可靠的功能性。

为了实现一个或多个可以被占据的确定的耦联状态，耦联装置可以具有一个或多个相应的开关元件。但是此外，耦联装置也可以具有电导线，电流分配装置和/或类似物，以能够建立与联接或可联接在耦联装置的相应的联接部处的电装置的电连接。尤其是，当然也可以规定，耦联装置也可以联接在至少一个传统的供给联接部处。

此外可以规定，耦联装置具有一个或多个电的能量转换器，以用于例如能够根据需要进行电压调整。能量转换器可以构造成用于单向的能量转换，确切的说优选地用于从车辆电池或相应的子电池向相应的安全供给联接部的能量流。此外，当然存在的可能性是，能量转换器也构造成双向的能量转换器，该能量转换器实现在两个方向上的，即，也从联接在安全联接部处的电装置向车辆电池或相应的子电池的能量流。

总地来说本发明实现，能够实现持续的可靠的电的能量供给，特别是用于线控技术系统，从而尤其是也以可证实的方式实现根据ASIL D的最高的安全完整性。同样，也可以实现其它要求，例如ECE R 79、ECE R 13等。此外，本发明能够实现，将尤其是在HAF和线控技术方面的效应用于例如可以省去在低压范围内的蓄能器。

由此，本发明能够实现，即便在不利的运行情况中，也可以特别可靠且安全地以电能供给联接在安全供给联接部处的电装置。这不仅适用于第一方面，而且同样适用于第二方面，其中，可以通过传统的供给联接部实现备选的能量供给。

根据一种有利的改进方案提出，车载电网具有第一连接开关元件，该第一连接开关元件一方面与第一或第二安全供给联接部，另一方面与至少一个传统的供给联接部电耦联并且构造成，根据第一连接开关元件的开关状态使相应的第一或第二安全供给联接部与传统的供给联接部电耦联。这种改进方案实现，当由于故障否则不再能保证相应的第一或第二供给联接部的能量供给时，能够实现备选地或补充地通过传统的供给联接部进行相应的第一或第二安全供给联接部的能量供给。由此，通过第一连接开关元件，可以在能量供给技术方面实现附加的冗余，条件是这是所需的。但是，通过第一连接开关元件，也可以实现，当在传统的供给联接部或联接在传统的供给联接部处的电装置的区域中出现故障，例如电短路等时，可以断开与传统的供给联接部的电的耦联。由此，通过第一连接开关元件切换到断开的状态中，可以尽可能地避免对第一或第二安全供给联接部和联接在该处的电装置的反作用。由此，可以改进联接在相应的安全供给联接部处的电装置的可靠的运行。

此外提出，耦联装置具有电流分配装置，电流分配装置与至少两个子电池电耦联，并且提供至少一个第一和第二安全供给联接部以及至少一个传统的供给联接部，其中，电流分配装置具有用于联接部的电耦联的耦联单元并且为至少两个子电池中的每一个分别具有电源开关元件，电源开关元件构造成，根据开关状态将相应的子电池与耦联单元电耦联，其中，电流分配装置具有用于至少两个安全供给联接部中的每一个的供给开关元件，该供给开关元件构造成，根据开关状态将相应的安全供给联接部与耦联单元电耦联。为了这个目的规定，借助于耦联单元，可以实现联接部的彼此电耦联。通过使用开关元件和相应合适地切换，可以实现期望的功能性。因此可以规定，联接在相应的电流源联接部处的两个能量源在电源开关元件的接通的状态中可以通过耦联单元并联，以用于实现电装置的能量供给。在此，可以借助于至少一个电源开关元件实现，能量源中的一个的故障不会作用到电装置的整个能量供给上。即，如果在电的能量源中的一个中出现故障，例如短路等，可以通过将相应的电源开关元件切换到断开的开关状态中，尽可能避免对能量供给电网的剩余部分的反作用。由此实现，改善对机动车的常规运行的安全性所需的尤其是电装置的可靠性和安全性。

原则上，相同的也适用于安全供给联接部，安全关键的电装置可以联接在该安全供给联接部处。优选地，在该联接部处仅仅联接满足根据开头所述的标准的确定的电的安全性条件的电装置。也就是说，这种类型的电装置例如应该适合，尽可能避免在电装置中出现的故障反作用到电装置自身联接在该处的安全供给联接部上。背景是，机械的安全元件，例如保险熔丝，由于其迟缓的切换性能在很多情况中都不适合于此。因此，作为安全元件，特别是使用例如也可以具有开关元件的电子安全元件。但是，当例如对于电装置中的相应的电装置来说可以在结构上防止可能在其能量供给的区域中出现例如短路时，也可以省去安全元件。例如，这可以通过用多个电容器的串联电路代替单个的电容器实现，电容器联接在供给电压的电势之间，从而在电容器中的短路不导致供给电压的短路。此外可以规定，在安全供给联接部中出现故障的情况中，可以激活安全元件。此外，出于安全性原因，当然可以设置其它重要的电的特性。

此外提出，车载电网具有与第一和第二安全供给联接部电耦联的第二连接开关元件，该第二连接开关元件构造成，根据第二连接开关元件的开关状态电耦联第一和第二安全供给联接部。由此实现，根据需求并行地设置用于两个安全供给联接部的能量供给。当安全供给联接部中的一个的能量供给不再能够保证时，这可以是有利的。此外，当然也可以规定，用于第一和第二安全供给联接部的共同的能量供给可以与安全供给联接部中的一个电地分离，例如当在该安全供给联接部的区域中出现例如根据短路等的形式的故障时。可以进一步改善安全性和可靠性。

根据一种有利的改进方案提出，在至少两个安全供给联接部中的至少一个处联接供给联接电池。该供给联接电池可以带来附加的安全性。一方面，通过供给联接电池可以实现，在相应的安全供给联接部处的能量供给有故障时，可以至少部分继续维持能量供给。此外，这样的供给联接电池也可以对此有益，即，在该供给联接电池中，联接在相应的安全供给联接部处的电装置中的一个或多个处出现的故障可以更好且更快速地激活保护或保险功能，例如在电装置的区域中出现短路时等。因此，例如可以保证或辅助安全元件的激活。总地来说，可以进一步改善可靠性和安全性。

此外提出，耦联装置具有至少一个能量转换器，能量转换器将安全供给联接部中的至少一个与子电池电耦联。由此可以实现，子电池的测定电压可以至少部分地与相应的安全供给联接部的运行电压脱耦。由此实现，车载电网的联接部，尤其是安全供给联接部和/或至少一个传统的供给联接部不必以相同的电压运行。此外，可以通过能量转换器实现，可以控制从相应的子电池到相应的安全供给联接部的或相反的能量流。这附加地实现，至少部分地可以实现在子电池方面的平衡。例如可以规定，耦联装置具有开关元件，安全供给联接部根据需要通过该开关元件与车辆电池的子电池中的相应一个电耦联，以能够保持或控制子电池的荷电状态差异尽可能小。也就是说，安全供给联接部不必仅仅电耦联在预设的子电池处。相反地，该电的耦联可以设计成随时间变化，例如通过在可预设的时刻和/或子电池的荷电状态时可以进行在与相应的子电池的耦联方面的改变。能量转换器可以构造成DC/DC转换器。优选地，能量转换器可以构造成电流分离的能量转换器。但是也可以规定，安全供给联接部和/或至少一个传统的供给联接部使用共同的电的参考电势。在这种情况中有利的是，能量转换器具有电流的分离部。但例如能量转换器中的一个也可以构造成没有电流分离部。由此，可以将参考电势在车辆电池上构成回路。优选地，能量转换器与刚好唯一的子电池电耦联。但备选地，在第二方面尤其是也可以规定，能量转换器与两个或多个子电池电耦联。

根据一种改进方案提出，至少一个能量转换器电分离地联接在至少两个子电池处。由此存在的可能性是，能量转换器自身可以冗余地由两个可彼此独立地运行的子电池供给电能，从而在能量转换器的能量提供功能性方面，提供冗余性。优选地，电分离指的是，基本上避免在联接在至少一个能量转换器处的子电池的电势之间的电的耦联。由此可以实现，子电池不可以以期望的方式相互电耦联。这实现，车辆电池的子电池几乎可以任意选择成用于与至少一个能量转换器耦联。为了这个目的，能量转换器例如可以具有用于每个联接在能量转换器处的子电池的电分离。

优选地，车辆电池设计成，子电池可以至少部分地彼此独立地运行。为此，例如可以设置电池开关元件，借助于该电池开关元件可以为常规运行激活或停用子电池中的相应的子电池。电池开关元件可以是可逆地构造的开关元件，例如电子机械的开关元件，或者也如以上已经解释的电子开关元件。但此外，电池开关元件也可以具有根据安全元件等的形式的不可逆的开关元件，例如爆炸保险丝，保险熔丝和/或类似物。

此外提出，耦联装置无中断地联接在车辆电池处。这种改进方案考虑，尤其是当车辆电池为高压电池时，车辆电池可以或应该具有一个或多个电池断路器，以能够保护车辆电池不受危害性的运行状态影响。在这种情况中，电池断路器切换到断开的开关状态中，这导致，通常传统的供给联接部也不再可以被供给电能。但为了安全关键的电装置，这是不利的或甚至可能是危害性的。因此，耦联装置优选地直接联接在车辆电池处或相应的子电池处，以用于当电池断路器在断开的开关状态中时，也还能够至少部分地维持电的能量供给。因此，无中断尤其是意味着，耦联装置基本上可以与一个电池断路器或多个电池断路器的相应的开关状态无关地与车辆电池的相应的子电池保持电耦联。但为了保护车辆电池或子电池中的相应的子电池，可以规定，耦联装置具有相应的保护基质，例如通过以下方式，即，通过控制单元以相应的方式控制联接的能量转换器，尽可能地停用在安全供给联接部处的可取消的电装置，和/或等。此外，当然也可以考虑机动车的行驶状态。如果机动车停车，可以阻止起动，并且同时也至少部分地停用安全供给联接部。因此，在机动车脱离常规的行驶运行时，例如制动系统或也转向系统不必继续被电能供给。由此，可以进一步改善安全性和可靠性。

针对第一方面的车载电网给出的优点和作用当然以相同的方式也适用于第二方面的车载电网，只要可用的话，并且反之亦然。此外，为第一和/或第二方面的车载电网给出的优点和作用也适用于配备有车载电网的机动车，并且反之亦然。这当然也适用于方法。由此，装置特征可以归纳成方法特征，并且反之亦然。

本发明也包括用于车载电网或机动车的控制单元。控制单元可以具有数据处理装置或处理器装置，其设定成，执行控制根据本发明的车载电网的实施方式。为此，处理器装置可以具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器和/或至少一个FPGA(现场可编程门阵列)和/或至少一个DSP(数字信号处理器)。此外，处理器装置可以具有程序代码，程序代码设定成，在通过处理器装置执行时，该程序代码进行根据本发明的车载电网，尤其是其耦联装置的控制。程序代码可以存储在处理器装置的数据存储器中。

根据本发明的机动车优选地被设计为汽车、尤其是乘用汽车或商用汽车，或被设计为大客车或摩托车。

本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。

附图说明

以下描述本发明的实施例。其中：

图1以示意性的侧视图示出了具有车载电网的可电驱动的机动车，电的驱动装置和其它电装置联接到该车载电网处；

图2以示意性的方块图示出了作为高压车辆电池的锂离子电池的结构；

图3以示意性的方块图示出了车载电网第一设计方案，在该车载电网中，两个安全供给联接部从根据图2的高压电池的彼此不同的子电池中以电能供给；

图4以与图3相同的示意性的方块图示出了车载电网的第二设计方案，在该车载电网中，仅仅在两个安全供给联接部中的一个处联接有供给电池，并且两个安全供给联接部可以借助于连接开关元件相互电耦联；

图5以与图4相同的示意性的方块图示出了车载电网的第三设计方案，该设计方案基于不带连接开关元件的第二设计方案；

图6以与图3相同的示意性的方块图示出了车载电网的第四设计方案，在该车载电网中，两个安全供给联接部中的一个可以从一个能量转换器中冗余地从两个子电池中供给，并且两个安全供给联接部中的另一个可以与传统的供给联接部或另一安全供给联接部电耦联；

图7以与图6相同的示意性的方块图示出了不带在两个安全供给联接部之间的连接开关元件的车载电网的第五设计方案；以及

图8以与图3相同的示意性的方块图示出了车载电网的第六设计方案，在该车载电网中，设置电流分配装置。

具体实施方式

下面说明的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别是本发明的单个的、可视作彼此独立的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开还应该包括与示出的实施方式特征组合不同的特征组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。

在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。

图1以示意性的侧视图示出了可电驱动的机动车，在此，该机动车构造成电动车50。电动车50具有电的车载电网52，在常规的行驶运行中，用于驱动电动车50的同步电机12联接在该车载电网处。在此，同步电机12构造成多相同步电机12。

此外，作为能量转换器的多相的逆变器56联接在电的车载电网52处和同步电机12处。此外，用于车载电网52的电的能供给的车辆电池54联接在车载电网52处。在此，附图标记54代表高压电池。但在此，原则上也可设想其它组合方案。尤其是，当然也可以设置一个或多个燃料电池。当然，燃料电池也可以与电池电芯或子电池组合。备选地或补充地，也可以设置其它电的能量源。

为了能量分配的目的，车载电网52具有耦联装置10，以下还将进一步对其进行解释。此外，在该图中概括地利用附图标记14、16表示的电装置联接在车载电网52处。虽然在此机动车50构造成电动车，但本发明不限制于此，并且同样例如也可以用在可被传统的内燃机驱动的机动车中。

图2以示意性的方块图示出了根据图1的车辆电池54的结构，在此，该车辆电池构造成高压电池或锂离子电池。但本发明不限制在高压的应用上。原则上，本发明也同样可以仅仅用于低压范围，只要不离开本发明的想法。

在根据图2的方框图中可见，高压电池54具有多个子电池，在图2中示意性地示出了其中的六个子电池，即，子电池26、28、32以及子电池34、36、38。示例性地为多个自身分别具有多个锂离子电芯或电池电芯(在根据图2的图示中未绘出)的子电池示出了子电池26、28、32。子电池26、28、32中相应一个子电池的电池电芯部分地并联并且也部分地串联。子电池26、28、32以及必要时其它在该支路中设置的子电池自身串联。在两个直接电耦联的子电池26、28、32之间分别中间联接连接开关元件20，从而子电池26、28、32可以彼此电分离。具有子电池34、36、38的第二支路构造成相应于以上描述的由子电池26、28、32组成的电池支路。子电池34、36、38可以通过另外的电池开关元件18与相应的子电池26、28、32并联。此外，可以设置由子电池组成的另外的相应的支线。子电池可以至少部分地至少串联或也并联。

此外，车辆电池54包括提供电池管理的控制单元22。控制单元22此外控制连接开关元件20。此外，设置通过电池断路器提供的电池开关元件18。由此，车辆电池54在该处提供高压的未示出的电池联接部可以电地与子电池或电池电芯分离。适合高压的电装置16联接在未示出的电池联接部处。

在此，每个子电池可通过相应的开关元件18、20以无反作用的方式与子电池中的剩余子电池分离。这种类型的开关元件例如可通过断路器、继电器、爆炸熔丝断路器、优选地具有至少一个半导体开关的电子开关元件以无反作用的方式与其它子电池分离。例如，用于断开子电池中的相应一个子电池的过程可以在一个子电池中获取到错误时，或者也在传统的供给联接部46中或在两个示出的安全供给联接部42、44中被触发。为此可以规定，控制单元22通过相应的切换信号引起相应地触发或控制相应的开关元件。为了这个目的，此外可以规定，控制单元22获取并评估尤其是在车辆电池54的区域中的电流、电压以及同样温度。但这在图中未示出。

原则上，可以在相应一个子电池26、28、32、34、36、38处设置供给接头或安全供给联接部42、44，在该安全供给联接部处或者直接地或者也如以下还将解释的那样在中间连接能量转换器的情况下联接安全关键的负载或者电装置14。根据期望的容许误差，以这种方式可以实现多个几乎无反作用的安全供给联接部。

为了能够实现开头所述的安全要求，在此设置其中每个子电池具有多个电池电芯的最小化配置方案，其中，车辆电池54具有至少两个子电池26、28(图3)。在此，无反作用地通过电池开关元件18以电能供给非安全关键的其它电装置16、86。电装置16设计成用于利用高压运行，并且直接联接在车辆电池54的高压联接部处，相反地，电装置86设计成用于利用低压运行。电装置86通过DC/DC转换器72与高压联接部电耦联。因此，电池开关元件18此外也间接地控制传统的供给联接部46，电装置86联接在该供给联接部处。

从图2中此外可见，安全供给联接部42直接联接在子电池34处。由此，安全供给联接部42无中断地联接在子电池34处，也就是说，在安全供给联接部42和子电池34之间未设置借助于电池开关元件18的电断开。此外，第二安全供给联接部44以相同的方式无中断地或直接与子电池28相联接。安全供给联接部42、44为供给联接部，其中，在根据ASIL-D的可用性方面安全关键的功能可以通过两个独立的冗余的供给路径实现。

图3示出了车载电网52的第一设计方案的示意性的方框图，在该车载电网中，两个安全供给联接部42、44从根据图1的高压电池54的彼此不同的子电池26、28中供给电能。此外，在安全供给联接部42、44中的每个处联接有供给电池64、66，借助于该供给电池可以实现联接在相应的安全供给联接部42、44处的电装置14的稳态电流供给。在该设计方案中，此外规定，安全供给联接部42通过作为能量转换器的单相的DC/DC转换器68与子电池26电耦联。安全供给联接部44通过单相的DC/DC转换器70联接在子电池28处。两个能量转换器68、70构造成电流分离的能量转换器，从而相应的子电池24、26电地彼此分离，尽管两个安全供给联接部42、44在二级侧使用与传统的供给联接部46相同的电的参考电势。由此，可以避免通过DC/DC转换器68、79和二级侧的参考电势在两个子电池24、26之间的电连接。这实现，将车辆电池54子电池中的几乎任意每对用于安全供给联接部42、44。

控制单元22的能量供给冗余地从安全供给联接部42、44中通过与相应的开关元件80、82串联的二极管76、78实现。由此，可以根据需要保证根据ASIL-D进行保证单个的子电池26、28的无反作用的分离所需的电池开关元件18、20的控制。可选地，每个路径使用的供给电池64、66可以在供给中辅助安全关键的能量源或子电池26、28。

此外，在车辆电池54处无中断地联接有耦联装置10，第一和第二安全供给联接部42、44也联接在耦联装置处。耦联装置10构造成，根据耦联装置10的耦联状态将第一和第二安全供给联接部42、44分别与子电池26、28中的刚好一个电耦联。在此，相应地通过DC/DC转换器68、70进行耦联。也就是说，耦联装置10也包括DC/DC转换器68、70。

为了能量传输的目的，-如以下还将详细解释的那样-可以使用电流分配装置，或者也可以完全电子地实现传统的元件(例如保险熔丝)、混合的元件(例如保险熔丝加上补充的电子装置，例如继电器)、半导体开关元件、PTE等。在此，电流分配装置以及电装置也可以从不同的供给联接部42、44中供给。在此，在供给联接部42、44处的无反作用性可以通过电流分配装置或也通过电装置自身保证，例如通过无反作用的分离元件，通常的电势分离，和/或等。

可选地，两个安全供给联接部42、44可以可选地通过第一连接开关元件60根据其开关状态电地相互耦联。在可用性方面安全不关键的装置，例如座椅加热、导航装置、收音机和/或等优选地作为电装置86联接在传统的供给联接部46处。这种电装置可以通过可无反作用地断开的连接开关元件48与两个安全供给联接部42、44中的一个电连接。在此规定，存在与安全供给联接部44的这种类型的电连接。优选地，在传统的供给联接部46处可能由于电装置86引起安全关键的电压过低或电压过高之前，将连接开关元件48切换到断开的开关状态中。

此外，在此在电池开关元件18处联接双向的DC/DC转换器72，该DC/DC转换器提供传统的供给联接部46，在该传统的供给联接部处也可以至少部分地联接电装置86。可选地，在传统的供给联接部46处可以借助于能量转换器72提供低压。

在此，DC/DC转换器68、70、72用于，在其低电压侧上提供约12V的直流电压，从而在通过连接开关元件60、48中的一个耦联时不需要电压转换。

图4示出了用于车载电网52的第二设计方案的与图3相同的另一示意性的方框图，在该车载电网中省去了供给电池64。根据图4的车载电网52的功能基于根据图3的车载电网52的功能，因此补充地参考与此相关的实施方案。接下来仅仅解释区别。

根据图4的车载电网52与根据图3的车载电网52的区别在于，在根据图3的设计方案中可以仅仅可选地存在的第二连接开关元件60在该设计方案中是强制存在的。由此，联接在第一安全供给联接部42处的电装置14的稳态电流供给可以通过供给电池66实现，从而可以在不增加安全损失或可靠性损失的情况下省去根据图3的设计方案的供给电池64。

图5以与图4相同的示意性的方块图示出了车载电网52的第三设计方案，该第三设计方案基于根据图4的车载电网52的第二设计方案。根据图5的车载电网52的设计方案与根据图4的车载电网52的设计方案的区别在于，不再设置第二连接开关元件60。在该变型方案中，联接在安全供给联接部44处的电装置14的稳态电流供给或者可以通过子电池24和DC/DC转换器68实现，但是或者在冷起动优化的电装置14中可以完全省去。在这种情况中，可以在机动车起动时通过子电池24开始在第一安全供给联接部42处的能量供给。

图6以与图3相同的另一示意性的方块图示出了车载电网52的第四设计方案，在该车载电网中，第二安全供给联接部42、44中的一个，在此安全供给联接部42可以从能量转换器74中冗余地由两个子电池26、28供给。两个安全供给联接部中的另一个44通过第一连接开关元件60与另一安全供给联接部42电耦联。此外，在安全供给联接部44处联接有供给电池66。

在此，能量转换器或DC/DC转换器74具有根据ASIL-x(D)的安全完整性。为了这个目的，DC/DC转换器74不仅联接在子电池26处而且联接在子电池28处。由此存在这样的可能性，即，根据DC/DC转换器74的运行状态，或者通过子电池26或者通过子电池28实现用于安全供给联接部42的能量供给。当然，也可以设置从两个子电池26、28中同时的共同的能量供给。这可以通过控制单元22控制。优选地，DC/DC转换器74构造成电流分离的能量转换器，从而在DC/DC转换器74处的电势可以在初级侧而且在二级侧彼此分离。但原则上，也可以设置这样的开关结构，该开关结构实现节省电流分离。

同时，通过第二连接开关元件60也可以为安全供给联接部44供给电能。就此而言，安全供给联接部42、44可借助于第二连接开关元件60并联。此外，第二安全供给联接部44也可借助于连接开关元件62与传统的供给联接部46电耦联。此外，在此规定，通过第二安全供给联接部44也可以保证用于控制单元22的能量供给以及DC/DC转换器74的能量转换控制。但此时设置通过第一安全供给联接部42的能量供给。

此外，在能量分配和联接的电装置方面适用上述其它实施方案，如已经对上述实施例解释的那样，因此补充地参考与此相关的实施方案。这尤其是适用于联接到安全供给联接部42、44处的电装置14。通过第二连接开关元件60，此外可以实现供给电池66的充电，并且也可以实现联接在安全供给联接部42处的电装置的稳态电流供给/静态电流供给。

图7示出了用于车载电网52的第五设计方案的与图6相同的另一示意性的方块图示，在该设计方案中，未设置或省去了第二连接开关元件60。在该设计方案中，联接在第一安全供给联接部42处的电装置14的稳态电流供给或者可以通过DC/DC转换器74实现，或者在冷起动优化的电装置14中可以完全省去，例如这已经根据图5进行了解释，因此就此而言参考相应的实施方案。

图8以与图3相同的另一示意性的方块图示出了车载电网52的第六设计方案，在该车载电网中，设置电流分配装置58。在此，车载电网52具有耦联装置40，耦联装置自身具有与两个子电池26、28电耦联的电流分配装置58。电流分配装置58提供第一和第二安全供给联接部42、44以及传统的供给联接部46，以上已经对上述示例对其进行了解释。电流分配装置58自身具有未示出的用于联接部42、44、46的电的耦联的耦联单元，并且为两个子电池26、28中的每一个分别具有电源开关元件，电源开关元件构造成，根据开关状态将相应的子电池26、28与耦联单元电耦联。电流分配装置58具有用于安全供给联接部42、44中的每一个的供给开关元件，供给开关元件构造成，根据开关状态使相应的安全供给联接部42、44与耦联单元电耦联。为了这个目的，耦联单元例如可以具有至少一个汇流排、电导线和/或类似物。当然，相应的电导线也可以包括在耦联单元之内。通过合适的电路结构和相应的开关元件可以实现，例如DC/DC转换器68或者可以与安全供给联接部42或者可以与安全供给联接部44相连接。此外，当然也可以规定，两个安全供给联接部42、44可以为此相连接。原则上，相同的也适用于DC/DC转换器70。此外，可以设置补充的开关元件，以用于能够附加地或备选地提供用于传统的供给联接部46的能量供给。可选地，在安全供给联接部42、44处当然也可以联接供给电池64、66，例如这已经根据按照图3的第一实施例进行了解释。在其自身的控制方面，相应的DC/DC转换器68、70可以从相应的安全供给联接部42、44中实现。

因此，可以实现安全供给联接部42、44的冗余的能量供给，以用于能够根据需要保证，根据ASIL-D进行保证单个的子电池26、28的无反作用的分离所需的内部的开关元件的驱动。

为了能量供给，优选地使用安全关键的主电流分配器，该主电流分配器可以从两个子电池26、28开始将电能或电功率分配到安全供给联接部42、44上以及传统的供给联接部46上。在此，在从安全关键的安全供给联接部42、44中的能量提供方面的与ASIL-x(D)和ASIL-D-x(D)的ASIL-D组合可以与待供给的安全关键的电装置14所需的分解，确切的说根据ASIL-y(D)和ASIL-D-y(D)的分解脱耦。

总地来说可以规定，在附加的安全供给联接部中，必要时可以使用以上已经详细解释的另外的电势分配器。在联接在安全供给联接部处的电装置14方面，参考上述实施方案。

必要时所需的稳态电流供给可以通过例如优化稳态电流的蓄能器(例如供给电池64、6)或者也可以通过联接在传统的供给联接部46处的供给电池84实现。在这种电路的其它特征方面补充地参考上述实施方案。

从上述实施例中表明，在使用预设的安全电路结构的情况下，可以在机动车中实现或者甚至改善在安全关键的电装置的电的能量供给时更高的安全性。

实施例仅仅用于解释本发明并且不应该限制本发明。

Claims

1.一种用于机动车(50)的车载电网(52)，所述车载电网具有包括至少两个子电池(26、28)的车辆电池(54)以及至少一个传统的供给联接部(46)，所述传统的供给联接部与车辆电池(54)电耦联，使得车辆电池(54)在至少一个传统的供给联接部(46)处提供比至少两个子电池(26、28)中的一个更多的电能，其特征在于，包括联接在车辆电池(54)处的耦联装置(10、40)以及至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)，其中，安全供给联接部(42、44)联接在耦联装置(10、40)处，其中，耦联装置(10、40)构造成，根据耦联装置(10、40)的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)分别与至少两个子电池(26、28)中的刚好一个电耦联。

2.根据权利要求1所述的车载电网，其特征在于，具有第一连接开关元件(48)，所述第一连接开关元件一方面与第一或第二安全供给联接部(42、44)电耦联，另一方面与至少一个传统的供给联接部(46)电耦联并且所述第一连接开关元件构造成，根据第一连接开关元件(48)的开关状态使相应的第一或第二安全供给联接部(42、44)与传统的供给联接部(46)电耦联。

3.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网，其特征在于，耦联装置(10、40)具有电流分配装置(58)，该电流分配装置与至少两个子电池(26、28)电耦联并且提供至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)以及至少一个传统的供给联接部(46)，其中，电流分配装置(58)具有用于电耦联所述联接部(42、44、46)的耦联单元以及对于至少两个子电池(26、28)中的每一个分别具有电源开关元件，电源开关元件构造成，根据开关状态将相应的子电池(26、28)与耦联单元电耦联，其中，电流分配装置(58)具有用于至少两个安全供给联接部(42、44)中的每一个的供给开关元件，所述供给开关元件构造成，根据开关状态将相应的安全供给联接部(42、44)与耦联单元电耦联。

4.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网，其特征在于，设有与第一和第二安全供给联接部(42、44)电耦联的第二连接开关元件(60)，该第二连接开关元件构造成，根据第二连接开关元件(60)的开关状态将第一和第二安全供给联接部(42、44)电耦联。

5.一种用于机动车(50)的车载电网(52)，所述车载电网具有包括至少两个子电池(26、28)的车辆电池(54)以及至少一个传统的供给联接部(46)，所述传统的供给联接部与车辆电池(54)电耦联，使得车辆电池(54)在至少一个传统的供给联接部(46)处提供比至少两个子电池(26、28)中的一个更多的电能，其特征在于，具有联接在车辆电池(54)处的耦联装置(30)以及至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)，安全供给联接部联接在耦联装置(30)处，其中，耦联装置(30)具有第三连接开关元件(62)并且构造成，根据耦联装置(30)的耦联状态，使第一或第二安全供给联接部(42、44)与至少两个子电池(26、28)中的一个电耦联，以及根据第三供给开关元件(62)的开关状态，使安全供给联接部(42、44)中的相应至少另一个通过第三供给开关元件(62)与传统的供给联接部(46)电耦联。

6.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网，其特征在于，在至少两个安全供给联接部(42、44)中的至少一个处联接有供给联接电池(64、66)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网，其特征在于，耦联装置(10、30、40)具有至少一个能量转换器(68、70、74)，所述至少一个能量转换器将安全供给联接部(42、44)中的至少一个与子电池(26、28)电耦联。

8.根据权利要求6所述的车载电网，其特征在于，所述至少一个能量转换器(74)电分离地联接在至少两个子电池(26、28)上。

9.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网，其特征在于，耦联装置(10、30、40)无中断地联接在车辆电池(54)上。

10.一种具有车载电网(52)的机动车(50)，其特征在于，车载电网(52)是根据上述权利要求中任一项所述的车载电网。

11.一种用于运行用于机动车(50)的车载电网(52)的方法，其中，由车载电网(52)的具有至少两个子电池(26、28)的车辆电池(54)在车载电网(52)的与车辆电池(54)电耦联的传统的供给联接部(46)处提供比至少两个子电池(26、28)中的一个更多的电能，其特征在于，车载电网(52)的至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)通过联接在车辆电池(54)上的车载电网(52)的耦联装置(10、40)供给电能，其中，耦联装置(10、40)根据耦联装置(10、40)的耦联状态，使至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)分别与至少两个子电池(26、28)中的刚好一个电耦联。

12.一种用于运行用于机动车(50)的车载电网(52)的方法，其中，由车载电网(52)的具有至少两个子电池(26、28)的车辆电池(54)在车载电网(52)的与车辆电池(54)电耦联的传统的供给联接部(46)处提供比至少两个子电池(26、28)中的一个更多的电能，其特征在于，车载电网(52)的至少一个第一和第二安全供给联接部(42、44)通过联接在车辆电池(54)上的车载电网(52)的耦联装置(30)供给电能，其中，耦联装置(30)根据耦联装置(30)的耦联状态，使第一或第二安全供给联接部(42、44)与所述至少两个子电池(26、28)中的一个电耦联，以及根据耦联装置(30)的第三连接开关元件(62)的开关状态，使安全供给联接部(42、44)中的相应至少另一个通过第三连接开关元件(62)与传统的供给联接部(46)电耦联。