DE10020304A1 - Bordnetzsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetzsystem (1), umfassend mindestens einen Generator (6), eine Bordnetzbatterie (7), elektrische Verbraucher (9) und einen Trennschalter, mittels dessen Generator (6) und Bordnetzbatterie (7) vom übrigen Bordnetz trennbar sind, wobei dem Generator (6) und der Bordnetzbatterie (7) jeweils ein separater Trennschalter (10, 11) zugeordnet ist, wobei über die beiden Trennschalter (10, 11) der Generator (6) und die Bordnetzbatterie (7) jeweils mit den elektrischen Verbrauchern (9) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den bekannten Bordnetzsystemen wird der Generator mit der Bordnetzbatterie verbunden und die elektrischen Verbraucher sind nur mit der Bordnetzbatterie verbunden. Dadurch wird die wellige Gleichspannung des Generators durch die Bordnetzbatterie geglättet. Zur Vermeidung von Fahrzeugbränden kann zwischen der Bordnetzbatterie und den elektrischen Verbrauchern ein Trennschalter angeordnet sein, mittels dessen bei Kurzschluß die Bordnetzbatterie und somit auch der Generator vom übrigen Bordnetz abgeschaltet wird. Alternativ zu dem Trennschalter ist auch eine pyrotechnische Polklemme bekannt, die bei Erfassung einer Crash-Situation abgesprengt wird.

Im zunehmenden Maße finden in modernen Kraftfahrzeugen X-by wire- Systeme Anwendung. Dabei werden bisher rein mechanische Komponenten wie Bremse oder Lenkung durch elektrische Aktuatoren ersetzt. Ein Problem bei derartigen Systemen ist, daß auch bei Ausfall der Energieversorgung eine sichere Betriebsweise dieser sicherheitsrelevanten Verbraucher gewährleistet sein muß.

Daher ist es bekannt, diese sicherheitsrelevanten Verbraucher in einem separaten Teilbordnetz anzuordnen. Hierzu wird dieses Teilbordnetz mit einer eigenen Spannungsversorgung ausgebildet und über einen DC/DC-Wandler mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden. Über den DC/DC- Wandler sind die beiden Netze voneinander entkoppelt, wobei über den DC/DC- Wandler ein gerichteter Energiefluß vom Fahrzeugbordnetz zum Teilbordnetz sichergestellt ist. Dieser Energiefluß versorgt die elektrischen Verbraucher und lädt die Energiespeicher des Teilbordnetzes. Dabei ist es bekannt, daß das Teilbordnetz auf dem gleichen Spannungsniveau oder auf einem höheren Spannungsniveau im Vergleich zum Fahrzeugbordnetz arbeitet. Um auch bei Fehlern des Teilbordnetzes die Funktionalität wenigstens partiell zu erhalten, ist es weiter bekannt, die Teilbordnetze redundant auszubilden. So ist es beispielsweise bekannt, die vier elektromechanischen Radbremsanlagen auf zwei Teilbordnetze aufzuteilen. Diese Aufteilung erfolgt entweder achsseitig oder diagonal, so daß auch bei Ausfall eines Teilbordnetzes noch zwei elektromechanische Radbremsanlagen wenigstens die halbe Bremskraft erzeugen, so daß das Kraftfahrzeug noch sicher abgebremst und abgestellt werden kann.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Bordnetzsystem zu schaffen, mittels dessen der Betrieb sicherheitsrelevanter Verbraucher hinsichtlich der Fehlertoleranz verbessert wird.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu werden sowohl dem Generator als auch der Bordnetzbatterie jeweils ein separater Trennschalter zugeordnet, wobei über die Trennschalter die beiden Spannungsversorgungen mit den elektrischen Verbrauchern verbunden sind. Dadurch wird eine Redundanz dahingehend erzeugt, daß bei Fehlern einer der beiden Spannungsversorgungen die andere Spannungsversorgung noch aktiv bleibt und nur die defekte Spannungsversorgung abgeschaltet werden muß. Somit verbleibt zumindest soviel elektrische Energie, um im Notfall bis zum Stillstand des Kraftfahrzeuges noch zu lenken oder zu bremsen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bordnetzbatterie ebenfalls redundant ausgebildet. Dabei kann die Dimensionierung beispielsweise derart ausgelegt sein, daß die notwendige Leistung der Bordnetzbatterie gleichmäßig auf zwei Batterien aufgeteilt wird. Dadurch steht dem Bordnetzsystem auch bei Ausfall einer Batterie noch die halbe Leistung zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil ist, daß die verbleibende Batterie den welligen Strom des Generators glättet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auch dem Starter ein Trennschalter zugeordnet. Dadurch kann der Starter bei Kurzschlüssen in oder am Starter vom Bordnetzsystem getrennt werden, so daß die Energieversorgung der übrigen Verbraucher unberührt bleibt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsfarm umfaßt das Bordnetzsystem Teilbordnetze, die über eine Entkopplungsschaltung mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden sind. Über die Entkopplungsschaltung, die beispielsweise als DC/DC-Wandler ausgebildet ist, hat die Welligkeit der Generatorspannung keinen unmittelbaren Einfluß auf die elektrischen Verbraucher im Teilbordnetz, da diese ausgangsseitig durch DC/DC-Wandler geglättet wird.

Vorzugsweise sind die Zuleitungen vom Bordnetz zur Entkopplungsschaltung des Teilbordnetzes mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern ebenfalls redundant ausgebildet, so daß auch einfache Leitungsbrüche keinen Einfluß auf die Energieversorgung haben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Trennschalter als Leistungshalbleiter ausgebildet, die vorzugsweise bereits mit einer internen Stromüberwachung ausgebildet sind und sich bei Kurzschluß selbst abschalten, was den Steuerungsaufwand erheblich minimiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Prinzipschaltbild eines Bordnetzsystems.

Das Bordnetzsystem 1 umfaßt ein Fahrzeugbordnetz 2, eine erstes Teilbordnetz 3 mit sicherheitsunkritischen Verbrauchern 4 und ein zweites Teilbordnetz 5 mit sicherheitskritischen Verbrauchern. Das Fahrzeugbordnetz 2 umfaßt einen Generator 6, zwei Bordnetzbatterien 7, 8, einen Starter 9, eine Bordnetzabsicherung 10 und elektrische Verbraucher 11. Dem Generator 6, den beiden Bordnetzbatterien 7, 8 und dem Starter 9 sind jeweils ein Trennschalter 12-15 zugeordnet, der in unmittelbarer Nähe zur zugeordneten Komponente angeordnet ist. Der Generator 6 und die beiden Bordnetzbatterien 7, 8 sind jeweils über die Bordnetzabsicherung 10 mit den elektrischen Verbrauchern 11 und Entkopplungsschaltungen 16, 17 der Teilbordnetze 3, 5 verbunden. Dabei sind die Zuleitungen zu dem Teilbordnetz 5 redundant ausgebildet. Die Trennschalter 12-15 sind vorzugsweise als Halbleiterschalter mit interner Kurzschlußstromüberwachung ausgebildet.

Während des normalen Betriebes sind die Trennschalter 12-15 geschlossen. Wird nun während des Betriebes ein interner Kurzschluß im Generator 6 oder in einer der beiden Bordnetzbatterien 7, 8 oder im Starter 9, erfaßt, so wird der zugeordnete Trennschalter 12-15 geöffnet und die defekte Komponente vom übrigen Bordnetzsystem 1 getrennt, so daß negative Rückwirkungen vermieden werden, das verbleibende Bordnetzsystem 1 zumindest teilweise jedoch funktionsfähig bleibt. Insbesondere die redundante Auslegung der Bordnetzbatterien 7, 8 hat den Vorteil, daß auch bei Ausfall einer der beiden Bordnetzbatterien 7, 8 die verbleibende Bordnetzbatterie den welligen Strom des Generators 6 glättet. Die Trennschalter 13, 14 der beiden Bordnetzbatterien 7, 8 können vorzugsweise in eine elektronische Polklemme integriert werden. Gleiches gilt für den Trennschalter 15, der in einen elektronischen Startschalter integriert werden kann, so daß der schaltungstechnische Aufwand reduziert wird.

Durch das dargestellte Schaltungskonzept ist das Bordnetzsystem 1 nicht nur gegen Einfachfehler gesichert, sondern kann auch beim gleichzeitigen Auftreten mehrerer Fehler in einen sicheren Zustand überführt werden.

Claims (9)

1. Bordnetzsystem, umfassend mindestens einen Generator, eine Bordnetzbatterie, elektrische Verbraucher und einen Trennschalter, mittels dessen Generator und Bordnetzbatterie vom übrigen Bordnetz trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Generator (6) und der Bordnetzbatterie (7) jeweils ein separater Trennschalter (10, 11) zugeordnet ist, wobei über die beiden Trennschalter (10, 11) der Generator (6) und die Bordnetzbatterie (7) jeweils mit den elektrischen Verbrauchern (9) verbunden sind.

2. Bordnetzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsystem (1) mindestens zwei Bordnetzbatterien (7, 8) umfaßt, denen jeweils ein eigener Trennschalter (13, 14) zugeordnet ist.

3. Bordnetzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem Starter (9) ein eigener Trennschalter (15) zugeordnet ist.

4. Bordnetzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsystem (1) mindestens ein Teilbordnetz (3, 5) umfaßt, das über eine Entkopplungsschaltung (16, 17) mit dem übrigen Fahrzeugbordnetz (2) verbunden ist.

5. Bordnetzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilbordnetz (5) sicherheitsrelevante Verbraucher umfaßt.

6. Bordnetzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zur Entkopplungsschaltung (17) des Teilbordnetzes (5) mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern redundant ausgebildet sind.

7. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschalter (12-15) als Leistungshalbleiter ausgebildet sind.

8. Bordnetzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiter mit interner Kurzschlußstromerkennung ausgebildet sind.

9. Bordnetzsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschalter (12-15) in unmittelbarer Näher der zu trennenden Komponente (6-9) angeordnet sind.