DE10020305B4 - Schaltungsmodul zur Entkopplung eines Bordnetzes von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen - Google Patents

Abstract

Schaltungsmodul (3) zur Entkopplung eines Bordnetzes (2) von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen (4, 5), umfassend eine Entkopplungsschaltung, mittels derer ein rückwirkungsfreier Energiefluss vom Bordnetz (2) zu den sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen (4, 5) herstellbar ist, wobei dem Schaltungsmodul (3) mindestens eine Notbatterie (7) zugeordnet ist, ausgangsseitig mindestens ein Schaltungsausgang (9–12) zur Energieversorgung der Teilbordnetze (4, 5) angeordnet ist, wobei der Schaltungsausgang (9–12) durch einen eine Spannungsversorgung der Teilbordnetze (4, 5) überwachenden Prozessor (8) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbatterie (7) und/oder die Entkopplungsschaltung lösbar in dem Schaltungsmodul (3) angeordnet sind, wobei die Entkopplungsschaltung als Leistungsdiode mit nachgeordnetem Leistungsschalter ausgebildet ist, zu denen parallel ein DC/DC-Wandler (6) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Schaltungsmodul zur Entkopplung eines Bordnetzes von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen.
• In zunehmenden Maße werden in Kraftfahrzeugen sicherheitsrelevante Komponenten rein elektrisch ausgebildet. Hierzu zählen beispielsweise X-by-wire Systeme wie das elektronische Gaspedal, eine elektronische Lenkung oder eine elektromechanische Bremsanlage. Diese sicherheitsrelevanten Komponenten müssen von Störungen und Schwankungen des normalen Kraftfahrzeugbordnetzes entkoppelt werden. Hierzu ist es bekannt, zwischen dem Kraftfahrzeugbordnetz und dem sicherheitsrelevanten Teilbordnetz eine Entkopplungsschaltung wie beispielsweise einen DC/DC-Wandler anzuordnen. Diese Entkopplungsschaltung sorgt des Weiteren für einen gerichteten Energiefluss vom Kraftfahrzeugbordnetz zum Teilbordnetz. Um die Funktionalität des Teilbordnetzes zumindest temporär aufrecht zu erhalten, wenn das Kraftfahrzeug ausfällt, verfügt das Teilbordnetz über eine eigene Spannungsversorgung, die beispielsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet ist. Nachteilig an dem bekannten Schaltungskonzept ist, dass Nachrüstungen bzw. verschiedene Ausstattungen mit unterschiedlicher Anzahl von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen erhebliche Modifikationen am Schaltungskonzept erfordern.
• Aus der DE 197 15 571 C2 ist ein Energieversorgungsgerät bekannt, welches zur Versorgung mindestens zweier elektronischer Baugruppen mit einer gemeinsamen Betriebsspannung geeignet ist, wobei die vom Energieversorgungsgerät gelieferte Betriebsspannung derart geregelt oder eingestellt wird, dass jede der elektronischen Baugruppen mit einer ausreichenden, möglichst kleinen Betriebspannung versorgt wird. Dabei weist jede elektronische Baugruppe jeweils einen eigenen Energiespeicher auf, der vorzugsweise als Kondensator ausgebildet ist. Das Energieversorgungsgerät weist weiter eine Einrichtung zum Beurteilen des zeitlichen Energiespeichervermögens auf, wobei in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Energiespeichervermögen die vom Energieversorgungsgerät gelieferte Betriebsspannung derart geregelt oder eingestellt wird, dass die elektronische Baugruppe, deren Energiespeicher das geringste zeitliche Energiespeichervermögen aufweist, mit einer ausreichenden, möglichst kleinen Betriebsspannung versorgt wird. Weiter ist offenbart, dass der Gerät-Energiespeicher auf eine oberhalb der abgegebenen Betriebsspannung liegende Spannung aufgeladen ist, wobei ein Spannungsabwärtswandler vorgesehen ist, um aus der Spannung des Gerät-Energiespeichers die abgegebene Betriebsspannung zu erzeugen.
• Aus der DE 43 29 860 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung unterschiedlicher elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Schaltungsanordnung eingangsseitig mit einer Spannungsquelle mit Eingabeschaltern und ausgangsseitig mit den Verbrauchern verbunden ist, wobei jedem Verbraucher ein individuelles Halbleiterelement zugeordnet ist, wobei das Halbleiterelement bei Auftreten eines Kurzschlusses am Halbleiterelementausgang den zugeordneten Verbraucher von der Spannungsquelle abtrennt und bei Beendigung des Kurzschlusses den zugeordneten Verbraucher wieder mit der Spannungsquelle verbindet.
• Aus der DE 196 33 202 C1 ist eine elektrische Steueranlage in einem Kraftfahrzeug bekannt, die ein Steuergerät und damit über eine Steuerleitung verbundene elektrisch ansteuerbare und elektrisch über einen Motortreiber betätigte Kraftfahrzeugtürverschlüsse und gegebenenfalls andere Fahrzeugkomponenten aufweist, wobei das Steuergerät über fahrzeugfeste Betätigungseinrichtungen und/oder mit Hilfe von Fernbetätigungseinrichtungen zum Zwecke der Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten aktivierbar ist, wobei die Steueranlage an eine Starterbatterie zur Versorgung der Steueranlage mit elektrischer Energie angeschlossen ist und zusätzlich eine Notbetriebseinrichtung mit Notbetriebsschaltung und Notbetriebsenergieversorgung zumindest für die Kraftfahrzeugtürverschlüsse angeordnet ist. Dabei weist die Notbetriebseinrichtung eine Mehrzahl von Notbetriebsaggregaten auf, die jeweils aus einer Notbetriebsschaltung und einer Notbetriebsenergiequelle aufgebaut sind, wobei die Notbetriebsaggregate dezentral einzelnen Kraftfahrzeugtürverschlüssen zugeordnet sind, wobei die Notbetriebsenergiequelle der einzelnen Notbetriebsaggregate ständig zwischen Starterbatterie des Kraftfahrzeugs und Motortreiber des Kraftfahrzeugtürverschlusses angeordnet ist, wobei eine Transistorschaltung vorgesehen ist, die bei Notbetrieb die Spannung für den Motortreiber gegenüber der Starterbatteriespannung reduziert.
• Aus der gattungsgemäßen WO 99/42331 A1 ist ein Schaltungsmodul zur Entkopplung eines Bordnetzes von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen bekannt, umfassend eine Entkopplungsschaltung, mittels derer ein rückwirkungsfreier Energiefluss vom Bordnetz zu den sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen herstellbar ist, wobei dem Schaltungsmodul mindestens eine Notbatterie (Hilfsbatterie) zugeordnet ist, ausgangsseitig mindestens ein Schaltungsausgang zur Energieversorgung eines oder mehrerer Teilbordnetze angeordnet ist, wobei der Schaltungsausgang durch einen die Spannungsversorgung überwachenden Prozessor ansteuerbar ist. Die Entkopplungsschaltung ist dabei als Ladeschaltung und Umschalteinheit ausgebildet. Die Teilbordnetze werden dabei standardmäßig aus der Notbatterie versorgt, wobei die Notbatterie über die Ladeschaltung mit gegebenenfalls integriertem Spannungswandler versorgt wird. Bei einem Ausfall der Notbatterie wird diese abgeschaltet und eine Bordnetzbatterie übernimmt direkt die Spannungsversorgung.
• Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Schaltungsmodul zur Entkopplung eines Bordnetzes von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen zu schaffen, das eine flexible Konfigurierbarkeit bei hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.
• Die Lösung des Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Hierzu ist dem Schaltungsmodul mindestens eine Notbatterie zugeordnet und ausgangsseitig mindestens ein Schaltungsausgang zur Energieversorgung eines oder mehrerer Teilbordnetze angeordnet, wobei der Schaltungsausgang durch einen die Spannungsversorgung überwachenden Prozessor ansteuerbar ist, wobei die Notbatterie und/oder die Entkopplungsschaltung lösbar in dem Schaltungsmodul angeordnet sind. Durch die Zuordnung der Notbatterie zum Schaltungsmodul entsteht ein skalierbares System, das sich sehr einfach an unterschiedliche Ausstattungen anpassen lässt. Somit übernimmt eine Notbatterie die Notenergieversorgung aller dem Schaltungsmodul zugeordneten Teilbordnetze, wobei je nach Anzahl der Teilbordnetze bzw. je nach Energiebedarf der Teilbordnetze eine entsprechend ausgelegte Notbatterie im Schaltungsmodul angeordnet ist. Entsprechend muß gegebenenfalls die Entkopplungsschaltung an die sich verändernde Leistungsanforderungen angepaßt werden. Durch Entfall der dezentralen Notbatterien lassen sich zusätzliche Teilbordnetze sehr einfach einbauen. Durch Modifikation der Steuersoftware des Prozessors wird dann der entsprechende Schaltungsausgang durchgeschaltet, an den das neue Teilbordnetz angeschaltet wurde. Die Entkopplungsschaltung ist als Leistungsdiode mit nachgeordnetem Leistungsschalter ausgebildet, zu denen parallel ein DC/DC-Wandler angeordnet ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltungsausgänge mit einer Kurzschlußstromerkennung ausgebildet, so daß bei Kurzschluß in einem Teilbordnetz dieses abgetrennt werden kann, um so Rückwirkungen auf die anderen Teilbordnetze zu verhindern. Sind die Schaltungsausgänge beispielsweise als Leistungs-MOSFETs ausgebildet, so kann auf deren bereits vorhandene interne Kurzschlußstromerkennung zurückgegriffen werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Zuleitungen von dem Schaltungsmodul zu den Teilbordnetzen redundant ausgebildet, um bei einfachen Leitungsbrüchen die Energieversorgung der Teilbordnetze zu gewährleisten.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bordnetzsystems, wobei die erfindungsgemäße Leistungsdiode mit nachgeordnetem Leistungsschalter nicht dargestellt ist.
• Das Bordnetzsystem 1 umfaßt ein Bordnetz 2, ein Schaltungsmodul 3 und zwei Teilbordnetze 4, 5 mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern. Das Schaltungsmodul 3 umfaßt einen DC/DC-Wandler 6, eine Notbatterie 7, einen Prozessor 8 und vier Schaltungsausgänge 9–12. Der DC/DC-Wandler 6 entkoppelt die Teilbordnetze 4, 5 vom Bordnetz 2 und stellt einen gerichteten Energiefluß vom Bordnetz 2 zu den Teilbordnetzen 4, 5 her. Des weiteren lädt das Bordnetz 2 über den DC/DC-Wandler 6 im Normalbetrieb die Notbatterie 7, die die zentrale Notversorgung aller Teilbordnetze 4, 5 darstellt. Der Prozessor 8 überwacht die Notbatterie 7 und steuert die Schaltungsausgänge 9–12 an. Erfaßt dabei der Prozessor 8 einen Kurzschluß in der Notbatterie 7, so wird diese abgetrennt, um einen Energiefluß über den DC/DC-Wandler 6 zu den Teilbordnetzen 4, 5 sicherzustellen. Der DC/DC-Wandler 6 und die Notbatterie 7 sind lösbar in dem Schaltungsmodul 3 angeordnet. Des weiteren sind den Schaltungsausgängen 9–12 Einrichtungen zur Kurzschlußstromerkennung zugeordnet, so daß bei Erfassung eines Kurzschlusses in einem Teilbordnetz 4, 5 der zugehörige Schaltungsausgang 9–12 selbsttätig oder über den Prozessor 8 geöffnet wird.
• Durch diese Anordnung ist das Bordnetzsystem 1 voll skalierbar. Je nach Anzahl und Leistungsbedarf der gewünschten Teilbordnetze 4, 5 wird ein entsprechend dimensionierter DC/DC-Wandler 6 und eine für den Notbetrieb aller Teilbordnetze 4, 5 ausgelegte Notbatterie 7 zentral im Schaltungsmodul 3 eingebaut. Durch eine passende Steuersoftware des Prozessors 8 werden dann die benötigten Schaltungsausgänge freigeschaltet. Somit ist das Bordnetzsystem 1 sehr einfach an verschiedene Ausstattungsvarianten anpaßbar. Soll nachträglich das Bordnetzsystem mit einem weiteren Teilbordnetz ausgestattet werden, so muß nur überprüft werden, ob der DC/DC-Wandler 6 und die Notbatterie 7 noch ausreichend dimensioniert sind oder gegebenenfalls durch höher dimensionierte Komponenten ausgetauscht werden müssen. Durch Modifikation der Steuersoftware des Prozessors 8 wird dann der zusätzlich benötigte Schaltungsausgang durchgeschaltet.

Claims (3)

1. Schaltungsmodul (3) zur Entkopplung eines Bordnetzes (2) von sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen (4, 5), umfassend eine Entkopplungsschaltung, mittels derer ein rückwirkungsfreier Energiefluss vom Bordnetz (2) zu den sicherheitsrelevanten Teilbordnetzen (4, 5) herstellbar ist, wobei dem Schaltungsmodul (3) mindestens eine Notbatterie (7) zugeordnet ist, ausgangsseitig mindestens ein Schaltungsausgang (9–12) zur Energieversorgung der Teilbordnetze (4, 5) angeordnet ist, wobei der Schaltungsausgang (9–12) durch einen eine Spannungsversorgung der Teilbordnetze (4, 5) überwachenden Prozessor (8) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbatterie (7) und/oder die Entkopplungsschaltung lösbar in dem Schaltungsmodul (3) angeordnet sind, wobei die Entkopplungsschaltung als Leistungsdiode mit nachgeordnetem Leistungsschalter ausgebildet ist, zu denen parallel ein DC/DC-Wandler (6) angeordnet ist.
2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Schaltungsausgängen vorgesehen ist, wobei die Schaltungsausgänge (9–12) mit einer Kurzschlussstromerkennung ausgebildet sind.
3. Schaltungsmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zuleitungen von dem Schaltungsmodul (3) zu den Teilbordnetzen (4, 5) redundant ausgebildet sind.

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