DE102012222208B4 - Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Bordnetz - Google Patents

Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Bordnetz Download PDF

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Abstract

Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige (10, 20, 30) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, wobeielektrische Leistung über eine erste Schaltvorrichtung (50) zwischen einem ersten Bordnetzzweig (10) und einem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein unkritischer Versorgungszustand in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt, undelektrische Leistung über eine zweite Schaltvorrichtung (52) zwischen einem zweiten Bordnetzzweig (20) und dem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein kritischer Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt;mit den Schritten:Überwachen des Versorgungszustands in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30); für den Fall, dass ein kritischer Versorgungszustand in dem ersten oder dritten (30) Bordnetzzweig auftritt:Trennen des ersten Bordnetzzweigs (10) vom dritten Bordnetzzweig (30) durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und,nachdem die erste Schaltvorrichtung (50) geöffnet ist, Verbinden des zweiten Bordnetzzweigs (20) mit dem dritten Bordnetzzweig (30) durch Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52), wobeidie erste Schaltvorrichtung (10) von einer ersten Ansteuervorrichtung (110) angesteuert wird, unddie zweite Schaltvorrichtung (52) von einer zweiten Ansteuervorrichtung (120) angesteuert wird, die ein Schalterzustandssignal von der ersten Ansteuervorrichtung (110) erhält, wobeidie zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweite Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal eine offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und, wobei die erste Ansteuervorrichtung (110) über ein Schaltsignal angesteuert wird;das Schaltsignal von einem Zustandsspeicher (164) an die erste Ansteuervorrichtung (110) abgegeben wird; von dem Zustandsspeicher (164) ferner ein Autorisierungssignal an die zweite Ansteuervorrichtung (120) abgegeben wird; unddie zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal die offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert, wobei der Zustandsspeicher (164) das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52) nur dann abgibt, wenn an dem Zustandsspeicher (164) ein Freigabesignalvorliegt, wobei das Freigabesignal in Form eines binären SET-Signals abgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeug-Stromversorgung und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Steuereinheit, das bzw. die eine stabilisierte Spannungsversorgung erlaubt.
  • Zum Betrieb elektrischer Verbraucher, die auch als Lasten bezeichnet werden, sind in Kraftfahrzeugen Bordnetze vorgesehen. Einige Arten von Verbrauchern sind besonders empfindlich gegenüber Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen in der Versorgungsspannung, beispielsweise Bordnetzelektronik oder auch die Beleuchtung. Werden derartige sensitive Verbraucher einem Spannungseinbruch oder einer Spannungsspitze ausgesetzt, so kann deren Funktion zumindest teilweise beeinträchtigt werden. Hierbei kann der Betrieb des Fahrzeugs beeinträchtigt sein und/oder es ergeben sich unerwünschte Nebeneffekte wie eine kurzzeitige Verdunkelung der Beleuchtung des Kraftfahrzeugs.
  • Es ist ferner bekannt, Akkumulatoren mit geringem Innenwiderstand und hoher elektrischer Leistung zu verwenden, um Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüche aufzufangen. Jedoch ergeben sich insbesondere bei starken, sprungartigen Belastungen trotz hoher Kapazitäten und Leistungen (und trotz hohem damit verbundenen Platzbedarf und hohem Gewicht) signifikante Spannungseinbrüche.
  • Ferner sind insbesondere in modernen Fahrzeugen dynamische elektrische Verbraucher vorhanden, deren Betrieb einen starken Spannungseinbruch verursachen kann, etwa ein Startermotor eines Start/Stopp-Moduls oder ein Antrieb einer elektrischen Lenkung, wie sie in Einparkassistenten eingesetzt werden. Insbesondere diese dynamischen Verbraucher werden auch während des Betriebs des Fahrzeugs und nicht nur beim ersten Kaltstart bzw. beim Abstellen des Fahrzeugs aktiviert.
  • Da zwischen dem ersten Kaltstart und dem endgültigen Abstellen des Fahrzeugs der Betrieb gewährleistet sein soll, wird beispielsweise in der Druckschrift DE 10248658 B4 vorgeschlagen, zur Bordnetzstabilisierung eines Fahrzeugs mit Start/Stopp-Modul neben dem üblichen Bordnetzakkumulator einen weiteren Energiespeicher vorzusehen, der beim Spannungseinbruch zur Stützung verwendet wird. Gemäß dieser Druckschrift schaltet ein nicht näher beschriebener Umschalter zwischen dem üblichen Bleiakkumulator und dem zweiten Energiespeicher um, wobei eine durch die Umschaltung entstehende Spannungsspitze von einem Leistungsverteiler abgefedert wird. Der Leistungsverteiler basiert auf einem pulsweitenmodulierten Leistungsschalter. Ferner wird der zweite Energiespeicher von einem Gleichspannungswandler betrieben, so dass der insgesamte Aufwand an Leistungsbauteilen zur Bordnetzstabilisierung hoch ist. Die in der Druckschrift vorgeschlagene Lösung ist daher mit hohen Kosten verbunden. Ferner ergibt sich aus der genannten Druckschrift kein Hinweis auf einen Sicherheitsmechanismus im Falle eines Fehlers im Umschalter, so dass die dort beschriebene Schaltung bei einem Fehlverhalten des Umschalters zur Zerstörung von Komponenten der Schaltung führen kann, insbesondere zur Überladung des zweiten Energiespeichers, der bei einer Realisierung als Superkondensator bei Überladung bersten kann.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 054 706 A1 beschreibt ein Energieversorgungsnetzwerk für ein Fahrzeug mit zwei Schaltern, die Bordnetzzweige gesteuert verbinden. Details zur Ansteuerung der Schalter sind nicht offenbart.
  • Die Druckschrift DE 10 2010 054 191 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem Umschalter zur Verbindung eines Energiespeichers wahlweise mit einem Generatorbordnetzzweig oder mit einem zweiten Energiespeicher. Es sind weder Details zur Ausgestaltung des Umschalters noch zur Ansteuerung des Umschalters beschrieben.
  • Die Druckschrift WO 2011/120871 A1 betrifft die Stabilisierung von Bordnetzen beschreibt ein Bordnetz für ein Fahrzeug und eine Steuervorrichtung für ein Bordnetz. Es werden über zwei Schalter ein erster und ein zweiter Energiespeicher nach Bedarf verbunden oder getrennt.
  • Die Druckschrift DE 103 05 058 B3 betrifft eine Energieversorgungsschaltung für ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit zwei Verbindungszweigen. Die beiden Verbindungszweige sind über steuerbare Schalter vom Generator trennbar.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich zumindest eines der genannten Probleme lösen lässt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Besondere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise, ein Bordnetz auch bei elektrischen Verbrauchern mit starker Verbrauchsdynamik zu stabilisieren. Es wird gewährleistet, dass durch Schaltvorgänge, die im Rahmen der Stabilisierung erforderlich sind, keine Gefahr entstehen kann. Insbesondere werden vorhandene Energiespeicher effektiv eingesetzt. Ferner können gegenüber dem Stand der Technik Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Ferner können zahlreiche Leistungsbauelemente eingespart werden, die mit hohen Kosten und hoher abzuführender Wärme verbunden sind. Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich eine deutlich robustere und verlässlichere Netzwerkstabilisierung realisieren, bei der insbesondere eine Überlastung eines zusätzlichen Energiespeichers und/oder zumindest einer anderen Komponenten in den Bordnetzzweigen vermieden wird. Die Erfindung erlaubt ferner eine extrem schnelle Zuschaltung zusätzlicher elektrischer Energie, wodurch sich auch bei stark variierender Stromanforderung durch den Verbraucher eine gleichmäßige Spannungsversorgung realisieren lässt. Insbesondere die zur Steuerung und Kontrolle verwendeten Komponenten sind gleichermaßen kostengünstig und in ihrer Funktion effizient.
  • Es ist im Rahmen der hier beschriebenen Vorgehensweise vorgesehen, dass ein Bordnetz eines Fahrzeugs in mehrere Bordnetzzweige zumindest in Hinblick auf Funktion aufgetrennt oder unterteilt ist. Ein erster Bordnetzzweig umfasst einen dynamischen Verbraucher, der aufgrund von hohem und insbesondere von sprunghaftem Strombedarf Spannungsschwankungen verursachen kann. Ein zweiter Bordnetzzweig umfasst einen elektrischen Leistungsspeicher, etwa einen Lithiumakkumulator oder eine Superkondensatoranordnung mit mindestens einem Superkondensator („Supercap“). Die Superkondensatoranordnung kann ein oder mehrere Superkondensatoren umfassen, wobei bei mehreren Superkondensatoren diese parallel und vorzugsweise seriell verbunden sein können. Der Leistungsspeicher wird bei sprunghaftem Anstieg des Strombedarfs zur Stützung oder zur Versorgung eines sensitiven Verbrauchers verwendet. Ein dritter Bordnetzzweig umfasst den mindestens einen sensitive Verbraucher, insbesondere elektrische Verbraucher, deren Funktion durch Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen beeinträchtigt wird, etwa Bordelektronik (bspw. Motorsteuerung oder ECU, engine control unit) oder die Innen- oder Außenbeleuchtung. Als sensitiver Verbraucher werden elektrische Verbraucher bezeichnet, die gegenüber Spannungseinbrüchen (oder Spannungsspitzen) sensibel sind und insbesondere bei denen Spannungseinbrüche zu Fehlfunktionen führen können, oder Verbraucher, deren Funktion aus Sicherheitsgründen erhalten werden muss. Sensitive Verbraucher sind daher Verbraucher, deren Funktion gegenüber Spannungseinbrüchen oder -überhöhungen sensibel ist, oder deren Funktion sicherheitsrelevant während des Betrieb des Fahrzeugs ist.
  • Im ersten Bordnetzzweig ist ein erster Leistungsspeicher vorgesehen, etwa eine Starterbatterie und insbesondere ein Bleiakkumulator. Der Leistungsspeicher im zweiten Bordnetzzweig wird als zweiter Leistungsspeicher bezeichnet. Die Bezeichnung Leistungsspeicher bedeutet, dass diese Speicher zum Betrieb von Leistungselektronik oder Leistungselektrik vorgesehen sind. Die Leistungsspeicher speichern elektrische Energie.
  • Im Normalbetrieb, bei dem die Spannung bzw. die Spannungsschwankung in einem Nominalbereich liegt , ist der erste Bordnetzzweig mit dem dritten Bordnetzzweig elektrisch gekoppelt, so dass die sensitive Last von dem ersten Leistungsspeicher (bzw. von einem elektrischen Generator, der den ersten Leistungsspeicher lädt) versorgt wird. Um den ersten Leistungsspeicher kontinuierlich neu aufzuladen, ist im ersten Bordnetzzweig und vorzugsweise im dritten Bordnetzzweig ein elektrischer Generator vorgesehen, insbesondere eine Lichtmaschine, die von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Im Normalbetrieb läuft der Generator zur kontinuierlichen Aufladung des ersten Leistungsspeichers, wodurch der sensitive Verbraucher eine im Wesentlichen konstante Bordnetzspannung erhält.
  • Als Leistungsspeicher werden elektrische Speicher bezeichnet, deren Abgabeleistung und/oder deren Speicherkapazität ausreicht, um Spannungseinbrüche in einem Bordnetzzweig eines Fahrzeugs größtenteils oder im Wesentlichen vollständig zu kompensieren. Leistungsspeicher weisen einen Nominal-Spitzenstrom von mindestens 10 A, vorzugsweise mindestens 50 A, 100 A und besonders bevorzugt mindestens 200 A, 500 A oder 1200 A. Der erste Leistungsspeicher kann ein Leistungs-Langzeitspeicher wie ein Bleiakkumulator sein, der wie eine Starterbatterie dimensioniert ist, oder kann ein anderer elektrochemischer oder auch elektrostatischer Energiespeicher sein. Dies gilt ebenso für den zweiten Leistungsspeicher. Der zweite Leistungsspeicher kann in einer spezifischen Ausführungsform ein Kurzzeitspeicher sein, dessen Kapazität deutlich geringer ist, etwa um einen Faktor von mindestens 2, 10 oder 20 oder besonders bevorzugt mindestens 50 oder 100, als die Kapazität des ersten Leistungsspeichers. Der zweite Leistungsspeicher kann beispielsweise eine Superkondensatoranordnung sein oder ein Blei- oder NiMH-Akkumulator. Der erste Leistungsspeicher kann beispielsweise ein Blei- oder NiMH-Akkumulator sein. Bei einer Verwendung einer Superkondensatoranordnung als erster oder zweiter Leistungsspeicher hat diese vorzugsweise eine Kapazität von mindestens 50 F, 300 F, 500 F, 1000 F, vorzugsweise von mindestens 5000 F, 10000 F oder 12000 F.
  • Gemäß einer Vorgehensweise wird ein Spannungseinbruch wie folgt erkannt und behandelt. Wird der dynamische Verbraucher, d. h. etwa ein elektrischer Startermotor oder ein elektrischer Lenkantrieb, aktiviert , so kann es sein, dass die von dem ersten Leistungsspeicher und auch die vom Generator gelieferte Energie nicht ausreicht, um signifikante Spannungseinbrüche zu verhindern. Die direkte Verbindung zwischen dem dynamischen Verbraucher, d. h. dem Störer, einerseits, und dem sensitiven Verbraucher andererseits, wird aufgetrennt, um die Beeinflussung dem sensitiven Verbraucher im dritten Bordnetzzweig durch den dynamischen Verbraucher im ersten Bordnetzzweig zu unterbinden. Damit diese Auftrennung der direkten Verbindung nicht zu einem Leistungsmangel im dritten Bordnetzzweig führt, in welchem sich der sensitive Verbraucher befindet, wird der zweite Bordnetzzweig zugeschaltet, in dem sich der zweite Leistungsspeicher befindet.
  • Eine vergleichbare Vorgehensweise sieht vor, dass zur Verhinderung eines Spannungseinbruchs der zweite Bordnetzzweig dem ersten Bordnetzzweig zugeschaltet wird, wobei eine Verbindung zwischen erstem und drittem Bordnetzzweig bestehen bleibt und dem Energiespeicher des ersten Bordnetzzweigs der Energiespeicher des zweiten Bordnetzzweig in Serie zugeschaltet wird. Die beiden vorangehend genannten Vorgehensweisen haben gemeinsam, dass der zweite Bordnetzzweig dem dritten Bordnetzzweig zugeschaltet wird. Der erste Bordnetzzweig wird im Rahmen des Zuschaltens des zweiten Bordnetzzweigs vollständig abgetrennt, siehe erstgenannte Vorgehensweise, oder nicht vollständig, siehe zweitgenannte Vorgehensweise. Als vollständige Abtrennung wird auch das vollständige Öffnen eines MOSFET bezeichnet, dessen Substratdiode bei vollständigem Öffnen den Source- mit dem Drainanschluss verbindet.
  • Grundsätzlich kann zur Versorgung bzw. Unterstützung der zweite Bordnetzzweig zum dritten Bordnetzzweig mittels Schaltvorrichtung zugeschaltet werden, so dass die Betriebsspannung im dritten Bordnetzzweig der Spannung am zweiten Leistungsspeicher entspricht. Insbesondere wird zugeschaltet durch paralleles Verbinden. Der betreffenden Bordnetzzweige. Alternativ kann der zweite Leistungsspeicher in Serie zugeschaltet werden, so dass die Spannung im dritten Bordnetzzweig der Spannung entspricht, die sich aus einer Reihenschaltung des ersten Leistungsspeichers und des zweiten Leistungsspeichers ergibt. Im Fall einer Reihenschaltung des ersten und des zweiten Leistungsspeichers kann der erste Leistungsspeicher mit Masse verbunden sein, während der zweite Leistungsspeicher mit dem Pluspol des ersten Leistungsspeichers und dem positiven Bordnetzpotential des dritten Bordnetzes verbunden ist, oder umgekehrt. Ferner kann der erste Leistungsspeicher mit dem positiven Bordnetzpotential verbunden werden, während der zweite Leistungsspeicher mit Masse und mit dem Minuspol des ersten Leistungsspeicher verbunden ist. Der zweite Leistungsspeicher kann somit hinsichtlich des Potentials unterhalb oder oberhalb des ersten Leistungsspeichers zugeschaltet werden. Die Parallelschaltung kann als Stromstützung des dritten Bordnetzzweiges durch den zweiten Leistungsspeicher betrachtet werden. Die Reihenschaltung kann als Stützung der Betriebsspannung im dritten Bordnetzzweig durch den zweiten Leistungsspeicher betrachtet werden.
  • Im Falle eines Spannungseinbruchs insbesondere im dritten Bordnetzzweig wird somit der zweite Bordnetzzweig (d. h. der zweite Leistungsspeicher) zugeschaltet. Das Zuschalten wird realisiert mittels eines Umschalters, vorzugsweise mittels eines elektronischen Umschalters, beispielsweise basierend auf MOSFETs als Schaltvorrichtung. In Anbetracht der zahlreichen Schaltzyklen von dynamischen Lasten wie Start/Stopp-Modulen und elektrischen Lenkantrieben ist ersichtlich, dass der verwendete Umschalter für eine derart hohe Anzahl von Umschaltvorgängen ausgelegt sein muss. Aus diesem Grund sind halbleiterbasierte Umschalter gegenüber elektromechanischen Umschaltern zu bevorzugen.
  • Es ist vorgesehen, dass der Umschalter in Form von zwei Schaltvorrichtungen realisiert wird, die wechselweise geöffnet und geschlossen werden. Es sind Schutzmechanismen vorgesehen, um zu verhindern, dass die beiden Schaltvorrichtungen gleichzeitig geschlossen (oder geöffnet) sind.
  • Ein derartiger Schutzmechanismus bzw. verlässlicher Ansteuermechanismus für die beiden Schaltvorrichtungen ist einer der wesentlichen Aspekte des hier betrachteten Gegenstands. Es ist vorgesehen, dass die beiden Schaltvorrichtungen jeweils von einer Ansteuervorrichtung angesteuert werden. Einer der Ansteuervorrichtungen erhält von dem anderen der beiden Ansteuervorrichtungen ein Schaltzustandssignal, um ein gleichzeitiges Schließen verhindern zu können. Das Schaltzustandssignal gibt den Schaltzustand der einen Schaltvorrichtung wieder, so dass an der Ansteuervorrichtung der anderen Schaltvorrichtung die Information vorliegt, ob die erstgenannte Schaltvorrichtung tatsächlich geschlossen oder geöffnet ist, oder nicht. Insbesondere liegt die Information an, ob die erste Ansteuervorrichtung die erste Schaltvorrichtung zum Schließen oder zum Öffnen tatsächlich ansteuert. Die Ansteuervorrichtungen können als Treiber betrachtet werden und können beispielsweise als Gatetreiber für Leistungs-MOSFETs realisiert werden.
  • Durch diesen Mechanismus lassen sich ohne Verwendung von (zusätzlichen) Leistungsbauelementen gleichermaßen einfache wie zuverlässige Sicherheitsmechanismen realisieren, die etwa ein Überladen des ersten Leistungsspeichers, einen Überstrom an dem Leistungsspeicher oder eine Überlastung der Schaltvorrichtungen oder einen Bordnetzkollaps verhindern. Die Ansteuervorrichtung, welche das Schaltzustandssignal erhält, steuert diejenige Schaltvorrichtung an, welcher für das Zuschalten oder Auftrennen des zweiten Bordnetzzweigs eingerichtet ist.
  • Es wird daher ein Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Bordnetzes beschrieben. Das Bordnetz, dessen Bordnetzzweige gesteuert verbunden werden, ist vorzugsweise das Bordnetz eines Fahrzeugs. Das gesteuerte Verbinden betrifft das gesteuerte Auftrennen und Herstellen einer leitenden Verbindung zwischen Bordnetzzweigen. Die mehrere Bordnetzzweige umfassen insbesondere einen ersten, einen zweiten, einen dritten Bordnetzzweig, die wie hier beschrieben ausgebildet sein können. Wenn ein nominaler oder unkritischer Versorgungszustand im dritten Bordnetzzweig vorliegt, wird elektrische Leistung zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig ausgetauscht. Die Leistung wird zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig über eine erste Schaltvorrichtung ausgetauscht. Die erste Schaltvorrichtung verbindet den ersten und den dritten Bordnetzzweig elektrisch koppelbar. Als nominaler Versorgungszustand wird ein Zustand bezeichnet, bei dem der Strom, die Spannung und/oder die Temperatur und insbesondere den Ladungszustand (SOC) oder den Lebensdauerzustand (SOH) des Energiespeichers (und insbesondere der einzelnen Zellen oder Einzelkondensatoren des Energiespeichers) innerhalb von Normintervallen liegen, welche die Dimensionierung des Leistungsspeichers wiedergeben.
  • Insbesondere wird Energie von einem Generator im dritten Bordnetzzweig elektrische Leistung an einen erster Leistungsspeicher im ersten Bordnetzzweig geliefert, insbesondere elektrische Energie zur Aufladung des Energiespeichers. Gleichermaßen kann elektrische Energie vom ersten Bordnetzzweig an den dritten übertragen werden, etwa um den Generator im dritten Bordnetzzweig zu stützen, so dass ein sensitiver Verbraucher im dritten Bordnetzzweig vom Generator im dritten Bordnetzzweig und/oder von dem ersten Bordnetzzweig elektrische Energie erhält, insbesondere transiente bzw. kurzzeitige Energieschübe.
  • Ein kritischer Versorgungszustand tritt insbesondere dann auf, wenn an dem sensitiven Verbraucher im dritten Bordnetzzweig, d. h. im dritten Bordnetzzweig selbst, eine zu geringe Spannung auftritt, insbesondere ein Spannungseinbruch. Dieser wird hervorgerufen durch einen dynamischen Verbraucher im ersten (oder im dritten) Bordnetzzweig, beispielsweise ein Starter oder eine elektrische Lenkung. Wenn ein kritischer Versorgungszustand vorliegt, wird elektrische Leistung zwischen dem zweiten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig ausgetauscht. Die Leistung wird in diesem Fall über eine zweite Schaltvorrichtung ausgetauscht. Die zweite Schaltvorrichtung verbindet den zweiten und den dritten Bordnetzzweig elektrisch koppelbar. Vor dem Verbinden durch die zweite Schaltvorrichtung wird vorzugsweise die erste Schaltvorrichtung geöffnet.
  • Insbesondere wird elektrische Energie vom zweiten Bordnetzzweig an den dritten Bordnetzzweig geliefert über die zweite Schaltvorrichtung. Der zweite Bordnetzzweig dient dabei als Zusatzenergiequelle, um den dritten Bordnetzzweig zu stützen und um dort eine höhere Betriebsspannungssicherheit zu erreichen. In einigen Ausführungsformen wird im kritischen Versorgungszustand der erste Bordnetzzweig vom dritten Bordnetzzweig getrennt, um dynamische Verbraucher, d. h. Störer, im ersten Bordnetzzweig von dem dritten Bordnetzzweig zu trennen, in welchem sich sensitive Verbraucher befinden.
  • Um die mehreren Bordnetzzweige abhängig vom Versorgungszustand gesteuert zu verbinden, wird der Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig überwacht. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, um den Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig zu überwachen. Diese sind im Weiteren dargestellt und bestreffen insbesondere eine Spannungsüberwachung im dritten Bornetzzweig bzw. eine Überwachung des Stroms, der durch die erste Schaltvorrichtung und insbesondere der vom dritten in den ersten Bordnetzzweig fließt oder umgekehrt bzw. deren zeitliche Gradienten. Insbesondere wird der Versorgungszustand des zumindest einen sensitiven Verbrauchers in dem dritten Bordnetzzweig überwacht. Ferner kann der Versorgungszustand im ersten oder im dritten Bordnetzzweig überwacht werden, beispielsweise durch Überwachung der Spannung in diesem Bordnetzzweig oder durch Überwachung des Stroms, der durch zumindest in einem der Bordnetzzweige fließt. Der Versorgungszustand entspricht beispielsweise einer Abweichung der überwachten Spannung von einem Normwert oder einem Normbereich, insbesondere nach unten, oder entspricht einer Überschreitung einer Normstromwerts durch den überwachten Strom. Aus einer derartigen Überschreitung kann direkt geschlossen werden, dass durch den hohen Strombedarf der Versorgungszustand in dem betreffenden Bordnetzweig kritisch ist. Da zunächst das erste Bordnetz mit dem dritten Bordnetz verbunden ist, haben beide die gleiche Spannung, so dass Spannungseinbrüche in beiden Bordnetzen durch Spannungsmessung erfasst werden können.
  • Für den Fall, dass ein kritischer Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig auftritt, wird der zweite Bordnetzzweig hinzugeschaltet, wobei der erste Bordnetzzweig (bzw. der den Störer enthaltenden Bordnetzzweig) vorzugweise abgetrennt wird. Insbesondere wird dadurch der dynamische Verbraucher (insbesondere der Störer) von dem sensitiven Verbraucher (im dritten Bordnetzzweig) getrennt, insbesondere durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung. Ferner wird der zweite Bordnetzzweig zum dritten Bordnetzzweig hinzugeschaltet im Sinne einer elektrischen Kopplung, um diesen zu stützen, insbesondere durch Schließen der zweiten Schaltvorrichtung, nachdem die erste Schaltvorrichtung geöffnet wurde.
  • Es ist vorgesehen, dass der erste Bordnetzzweig von dem dritten Bordnetzzweig durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung getrennt wird, wobei diese Trennung eine Trennung einer direkten Verbindung bedeutet, und eine indirekte Verbindung verbleiben kann. Nachdem die erste Schaltvorrichtung geöffnet ist und dies vorzugsweise auch verifiziert ist, wird der zweite Bordnetzzweig hinzugeschaltet. Insbesondere wird der zweite Bordnetzzweig mit dem dritten Bordnetzzweig durch Schließen der zweiten Schaltvorrichtung verbunden. Das Trennen des ersten Bordnetzzweiges vom dritten Bordnetzzweig kann vorgesehen werden, indem eine vollständige Trennung des positiven oder des massebezogenen Potentials erreicht wird, oder indem eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig aufgehoben wird (und durch eine indirekte Verbindung, etwa eine Reihenschaltung mit dem Energiespeicher des zweiten Bordnetzes ersetzt wird). Als vollständige Trennung wird auch das Öffnen eines MOSFET-Schalters als Schaltvorrichtung bezeichnet, wobei eine Substratdiode zwischen den Stromanschlüssen (Drain und Source) verbleibt. Die Substratdiode erstreckt sich hierbei von Source nach Drain (Durchlassrichtung).
  • Insbesondere wird beim Trennen des ersten Bordnetzzweigs vom dritten Bordnetzzweig eine direkte Verbindung zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig getrennt und durch eine indirekte Verbindung ersetzt. Bei der indirekten Verbindung kann der zweite Bordnetzzweig vorgesehen sein, um durch die indirekte Verbindung die Spannungen des ersten und des zweiten Bordnetzzweigs zu addieren. Daher bedeutet hier das Trennen des ersten Bordnetzzweigs vom dritten Bordnetzzweig das Trennen einer direkten Verbindung, so dass sich entweder eine indirekte Verbindung (über eine weitere Spannungsquelle, die der zweite Bordnetzzweig darstellt) ergibt, oder bedeutet eine vollständige Abtrennung des ersten Bordnetzzweigs, um statt dem ersten Bordnetzzweig den zweiten Bordnetzzweig an den dritten Bordnetzzweig anzuschließen, beispielsweise als Parallelschaltung. Eine vollständige Abtrennung wird insbesondere durch das Auftrennen zumindest einer Potenzialverbindung vorgesehen.
  • Es ist vorgesehen, dass die erste Schaltvorrichtung von einer ersten Ansteuervorrichtung angesteuert wird und die zweite Schaltvorrichtung von einer zweiten Ansteuervorrichtung angesteuert wird. Die zweite Ansteuervorrichtung erhält von der ersten Ansteuervorrichtung ein Schalterzustandssignal. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, die zweite Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern zu können, wenn das Schaltzustandssignal eine geschlossene erste Schaltvorrichtung signalisiert. Dadurch wird vermieden, dass ein geschlossener Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung sich mit einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung zeitlich überlappt. Der Schließzustand der ersten Schaltvorrichtung und daher eine geschlossene erste Schaltvorrichtung wird ermittelt anhand einer Ansteuerspannung, die an der Schaltvorrichtung anliegt und/oder durch Erfassen des Stroms, der durch die Schaltvorrichtung fließt bzw. dieser zugeführt wird, und/oder durch Erfassung des Einschaltwiderstandes der Schaltvorrichtung.
  • Die zweite Ansteuervorrichtung erhält, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ferner ein eingehendes Autorisierungssignal. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, ohne vorliegende Autorisierung, wie von dem Autorisierungssignal signalisiert wird, die zweite Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern zu können. Die zweite Ansteuervorrichtung steuert nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen an, wenn das Schaltzustandssignal eine offene erste Schaltvorrichtung signalisiert. Insbesondere steuert die zweite Ansteuervorrichtung nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen an, wenn das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert. Signalisiert das Schaltzustandssignal eine geschlossene erste Schaltvorrichtung oder signalisiert das Autorisierungssignal eine nicht vorliegende Autorisierung, so kann die zweite Ansteuervorrichtung die zweite Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern. Dadurch wird das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung bzw. das Ansteuern durch die zweite Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung zu schließen, gehemmt. Dies kann insbesondere unterstützt werden durch eine Sperre zur Ausgabe eines Schließsignals an die zweite Schaltvorrichtung innerhalb der zweiten Ansteuervorrichtung.
  • Während die erste Ansteuervorrichtung mit einem Sollsignal angesteuert wird, das den Soll-Schließzustand der ersten Schaltvorrichtung wiedergibt, entspricht das Schaltzustandssignal einem Ist-Zustand der ersten Ansteuervorrichtung, beispielsweise einem Gate-Source-Signal, insbesondere der Spannungshöhe des Gate-Source-Signals, das tatsächlich an der ersten Schaltvorrichtung anliegt. Der Ist-Zustand kann erfasst werden durch Vergleichen der Spannungshöhe des Gate-Source-Signals mit einem Schwellwert. Der Schwellwert kann vorzugsweise von einem vorgegebenen Schwellwert auf zumindest einen anderen Schwellwert verstellt werden, um so das Ergebnis des Vergleichs gezielt einstellen zu können. Dies erlaubt die Überprüfung der Schaltvorrichtungen und den Einsatz einer Vielzahl von Schaltungstechnologien für die Schaltvorrichtungen .
  • Es ist vorgesehen, dass die erste Ansteuervorrichtung über ein Schaltsignal angesteuert wird. Das Schaltsignal wird von einem Zustandsspeicher an die erste Ansteuervorrichtung abgegeben. Das Autorisierungssignal wird von dem Zustandsspeicher an die zweite Ansteuervorrichtung abgegeben. Das vom Zustandsspeicher an die erste Ansteuervorrichtung abgegebene Schaltsignal entspricht dem vorangehend beschriebenen Soll-Schaltsignal.
  • Gemäß der Erfindung gibt der Zustandsspeicher das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung sowie das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung nur dann ab, wenn ein Freigabesignal vorliegt. Insbesondere wird das Freigabesignal in Form eines binären SET-Signals abgegeben. Das Freigabesignal kann von einer übergeordneten Kontrolleinheit stammen. Das Freigabesignal wird an den Zustandsspeicher abgegeben. Der Zustandsspeicher kann insbesondere die Funktion eines Flip-Flops aufweisen, wobei das SET-Signal hinsichtlich des Zustands des Flip-Flops ein CLEAR-Signal, das an den Flip-Flop übermittelt wird, dominiert.
  • Der Versorgungszustand innerhalb des Bordnetzes kann überwacht werden durch Messen und Auswerten von Betriebsparametern des dritten Bordnetzzweigs oder kann überwacht werden durch Auswerten eines Lastsignals, dass einen Lastbetrieb wiedergibt, welcher zu Spannungseinbrüchen führt. Das Lastsignal kann somit momentane und zukünftige kritische Versorgungszustände wiedergeben, die sich bei Einschalten des betreffenden Verbrauchers ergeben, wobei bei der Erfassung und Auswertung von Betriebsparametern des dritten Bordnetzes im Wesentlichen momentane oder bevorstehende kritische Versorgungszustände erfasst werden können. Es ist vorgesehen, dass der Versorgungszustand überwacht wird durch Vergleichen eines Betriebsparameters des dritten Bordnetzes mit einer Normvorgabe. Die Normvorgabe wird verkürzt auch als Vorgabe bezeichnet. Die Normvorgabe ist vorzugsweise konfigurierbar oder programmierbar, und ist vorzugsweise in einem Speicher hinterlegt. Das Vergleichen wird mittels eines Komparators durchgeführt, die als Vergleichsergebnis den Versorgungszustand ausgibt. Vorzugsweise gibt der Komparator den Versorgungszustand als CLEAR-Signal aus. Wie bereits beschrieben ist für den Zustandsspeicher das SET-Signal gegenüber dem CLEAR-Signal dominierend. Dadurch dominiert im Bordnetz die erste Schaltvorrichtung. Dies ermöglicht eine hohe funktionale Sicherheit bei der Ansteuerung der Schaltvorrichtungen. Der Komparator ist allgemein als Vergleichseinrichtung anzusehen. Das Vergleichen kann ein Filtern, insbesondere Tiefpass- oder Bandpassfiltern, und/oder die Anwendung einer Hysterese umfassen, wobei etwa ein Spannungs- oder Stromsignal, welches den Versorgungszustand wiedergibt, gefiltert und/oder mit einer Hysteresenfunktion abgebildet wird, bevor es dem Komparator zugeführt wird oder während es von diesem verarbeitet wird. Das Bandpassfiltern hat vorzugsweise eine höhere Ordnung als eins.
  • Als Betriebsparameter des dritten Bordnetzes dient eine Versorgungsspannung im dritten Bordnetzzweig, insbesondere die aktuell anliegende Bordnetzzweigspannung, ein von dem dritten Bordnetzzweig weg oder zu diesem hin führender Stromfluss oder Leistungsfluss, ein (zeitlicher) Gradient der Versorgungsspannung, ein (zeitlicher) Gradient des Stromflusses, oder eine Kombination hiervon. Der bzw. die Betriebsparameter werden mit einer Normvorgabe verglichen. Werden mehrere der vorgenannten physikalischen Größen als Betriebsparameter mit der Normvorgabe verglichen, dann umfasst die Normvorgabe einzelne Normvorgabenkomponenten für jede dieser Größen. Die Normvorgabe kann somit als Vektor oder Skalar betrachtet werden. Die Normvorgabe kann durch eine oder mehrere Grenzen vorgesehen werden oder durch eine oder mehrere Normbereiche für die betreffenden Betriebsparameter.
  • Der Betriebsparameter kann durch einen extern erzeugten Steuerbefehl vorgesehen werden, der einem Lastsignal entspricht. Das Lastsignal gibt einen anzusteuernden Lastbetrieb im ersten Bordnetzzweig wieder. Das Lastsignal, welches ausgesendet wird, kann insbesondere ein Einschaltsignal eines elektrischen Startermotors oder eines elektrischen Lenkantriebs sein, der sich innerhalb des ersten Bordnetzzweigs befindet. Das Lastsignal kann ferner ein Einschaltsignal eines dynamischen Verbrauchers innerhalb des ersten Bordnetzzweigs sein, der im Betrieb geeignet ist, einen kritischen Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig auszulösen, wenn der erste Bordnetzzweig mit dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist und der zweite Bordnetzzweig nicht zur Stützung herangezogen wird. Das Einschaltsignal kann ein aktueller Befehl sein oder kann ein Signal sein, aus dem sich ableiten lässt, dass der Startermotor eingeschaltet wird oder eingeschaltet werden soll. Das Lastsignal gibt somit den geplanten oder tatsächlich beginnenden Betrieb eines Verbrauchers im ersten Bordnetzzweig wieder, welcher geeignet ist, einen kritischen Versorgungszustand im dritten Bordnetzzweig hervorzurufen, wenn der dritte Bordnetzzweig unmittelbar mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden ist und der zweite Bordnetzzweig nicht zur Stützung herangezogen wird. Das Lastsignal kann insbesondere von einer (externen) ECU oder einer anderen Bordelektronik innerhalb des Fahrzeugs stammen, und insbesondere von einer Einheit, wie das elektrische Energiemanagement innerhalb des Fahrzeugs aktiv beeinflusst.
  • Diese Einheit kann extern von der hier offenbarten Steuereinheit vorliegen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Überwachen durch Vergleich mittels des Komparators ausgeführt und von mindestens einem Betriebsparameter wird von mindestens einem analogen Signal wiedergegeben. Das analoge oder digitalisierte Signal entspricht insbesondere:
    • - der Spannung des ersten oder dritten Bordnetzes, d. h. der Spannung, mit der der sensitive (d.h. gegenüber Spannungseinbrüchen empfindliche) Verbraucher betrieben wird,
    • - der Stromstärke des Stromflusses vom oder zum dritten Bordnetzzweig weg,
    • - einem Signal, dass dem Gradienten der Spannung im ersten oder dritten Bordnetzzweig wiedergibt oder
    • - einem Signal, dass dem Gradienten des Stromflusses wiedergibt, der von dem dritten Bordnetzzweig wegführt oder zu diesem hinführt.
  • Als Gradient wird insbesondere der zeitliche Gradient bezeichnet, d.h. die zeitliche Ableitung des betreffenden Signals.
  • Die Normvorgabe kann in Form einer unteren oder oberen Grenze vorgesehen sein, bei deren Erreichen oder Über- bzw. Unterschreiten sich die Auswertung durch den Komparator ändert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Komparator die Spannung im dritten Bordnetzzweig mit einer Untergrenze vergleicht, bei deren Unterschreiten von einer Verletzung der Normvorgabe auszugehen ist. Ferner kann die Normvorgabe einen oberen Grenzstrom umfassen, bei dessen Überschreiten von einem Verletzen der Normvorgabe auszugehen ist. Der zum Vergleich mit dem Grenzstrom herangezogene Strom entspricht dem Stromfluss, der von dem dritten Bordnetzzweig weg führt. Die Normvorgabe kann insbesondere eine obere Grenze in Form einer maximalen Anstiegsrate oder Abfallrate umfassen, wobei sich die Einstiegsrate auf den zeitlichen Verlauf der genannten Betriebsspannung des dritten Bordnetzzweiges oder auf den Stromfluss bezieht, der von dem dritten Bordnetzzweig weg führt.
  • Die Anstiegsrate bzw. die Abfallrate entspricht insbesondere dem Betrag der zeitlichen Änderung der Spannung bzw. des Stroms. Die zeitliche Änderung entspricht dem (zeitlichen) Gradienten.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird das mindestens eine analoge Signal mittels eines Analog/Digital-Wandlers in ein digitales Signal gewandelt. Alternativ wird das analoge Signal mit einem Pegelwandler gewandelt. Der Vergleich wird mit dem digitalen Signal oder mit dem gewandelten Signal ausgeführt. Insbesondere vergleicht der Komparator das mindestens eine digitale Signal, welches den mindestens einen Betriebsparamter wiedergibt, mit der Normvorgabe. Durch die digitale Implementierung des Komparators können schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden, insbesondere bei einer Implementierung in einem ASIC oder in einer anderen integrierten oder auch monolithischen Schaltung.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass der Komparator mindestens zwei Betriebsparameter mit der Normvorgabe vergleicht. Der Komparator erzeugt für jeden Betriebsparameter ein Einzelvergleichsergebnis. Insbesondere besteht die Normvorgabe aus mindestens zwei Einzelvorgaben, die jeweils mit einem Betriebsparameter verglichen werden, und für die der Komparator ein Einzelvergleichsergebnis erzeugt. Zur Auswertung ist vorgesehen, dass der Komparator ein Vergleichsergebnis abgibt, dass einer logischen Kombination der Einzelvergleichsergebnisse entspricht. Die logische Kombination kann ein oder mehrere AND-, OR-, und/oder XOR-Verknüpfungen oder andere logische Standardverknüpfungen umfassen. Insbesondere gibt der Komparator ein Vergleichsergebnis ab, dass einer logischen UND-Verknüpfung der Einzelvergleichsergebnisse entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass ein einzelnes Ereignis, welches zum Abweichen eines Betriebsparameters von einer Einzelvorgabe führt nicht unmittelbar einen Umschaltvorgang auslöst. Vielmehr gewährleistet die logische Kombination, dass in relevanter Weise mehrere Betriebsparameter zur Ausschüttung herangezogen werden und nur dann ein Umschaltvorgang eingeleitet wird, wenn zwei oder mehr Betriebsparameter von der Normvorgabe bzw. von den Einzelvorgaben abweichen. Die logische UND-Verknüpfung kann innerhalb des Komparators vorgesehen sein oder kann diesem nachgeschaltet sein.
  • Es ist ferner vorgesehen, dass ein Freigabesignal von einer Kontrolleinheit abgegeben wird. Der Zustandsspeicher erhält dieses Freigabesignal. Anhand des Freigabesignals erzeugt der Zustandsspeicher das Autorisierungssignal. Die Kontrolleinheit vergleicht ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit mindestens einer vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenze (oder mit einer anderen Normgeschwindigkeitsvorgabe). Nur bei Geschwindigkeiten, die die Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreiten, wird ein Freigabesignal abgegeben, anhand dem der Zustandsspeicher ein Autorisierungssignal abgibt, das einer vorliegenden Autorisierung entspricht. Andernfalls wird ein Freigabesignal abgegeben, anhand dem der Zustandsspeicher ein Autorisierungssignal abgibt, das einer nicht vorliegenden Autorisierung entspricht. (Als Ausnahme kann in einem Segelbetrieb die Wirkung der Geschwindigkeitsgrenze unterdrückt sein bzw. angepasst werden.) Dadurch ist gewährleistet, dass das Autorisierungssignal nur dann erzeugt werden kann und das Umschalten nur dann autorisiert ist, wenn eine vorgegebene Geschwindigkeitsgrenze nicht überschritten ist. Dadurch ist ferner gewährleistet, dass bei Geschwindigkeiten über der Geschwindigkeitsgrenze sich die Energieversorgung des dritten Bordnetzzweigs nicht ändert und die Schalter nicht geändert werden. Es wird somit wird vermieden, dass bei hohen, kritischen Geschwindigkeiten ein Umschaltvorgang ausgeführt wird, der bei fehlerhaften Komponenten, insbesondere der Schaltvorrichtungen, gefährlich sein kann. Das Geschwindigkeitssignal kann insbesondere von einer ECU oder einer anderen Fahrzeugelektronik stammen, insbesondere von einem Navigationssystem oder von einem Tachometersystem oder einem Schlupfregelungssystem oder Antiblockiersystem des Fahrzeugs oder weiterer Systeme, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln können. Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Umschaltung bei höheren Geschwindigkeiten blockiert wird, indem die Autorisierung nicht gegeben wird. Ohne vorliegende Autorisierung werden die Schaltzustände der ersten und der zweiten Schaltvorrichtung nicht geändert. Die Geschwindigkeitsgrenze liegt beispielsweise bei ca. 20 km/h, 30 km/h, 50 km/h oder 70 km/h. Im Segelbetrieb, d.h. wenn der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs keine Traktionsleistung liefert und/oder steht, kann die Blockierung der Umschaltung der Schaltvorrichtungen aufgehoben sein.
  • Es ist ferner vorgesehen, dass die Kontrolleinheit Daten erhält, mit denen diese in der Lage ist, die beiden Ansteuervorrichtungen, den Zustandsspeicher und vorzugsweise auch den Komparator hinsichtlich ihrer Funktion zu überwachen. Die Kontrolleinheit bildet diesbezüglich ein Zweitsystem, welches zumindest einige Funktionen der genannten Elemente aufweist, um eine Überwachung zu ermöglichen. Die Kontrolleinheit erhält mindestens eine der folgenden Signale:
    • - das Schaltzustandssignal, das für die zweite Ansteuervorrichtung vorgesehen ist,
    • - mindestens einen Betriebsparameter oder einen Versorgungszustand des dritten Bordnetzes,
    • - das Lastsignal, welches einen aktuellen oder zukünftigen Lastbetrieb, d.h. Betrieb eines dynamischen Verbrauchers im ersten Bordnetzzweig wiedergibt, oder
    • - ein Schaltsignal, das an die erste und/oder zweite Ansteuervorrichtung abgegeben wird.
  • Mittels dieser Signale bzw. Informationen kann die Kontrolleinheit die Funktionen der genannten Komponenten nachvollziehen und bei einer Abweichung vom vorgesehen Verhalten eingreifen.
  • Die Kontrolleinheit kann ferner eingerichtet sein, die Normvorgabe oder zumindest eine der Einzelvorgaben zu erzeugen und an den Komparator zu übermitteln. Der Komparator erhält daher einen oder mehrere Schwellwerte von der Kontrolleinheit.
  • Eine spezifische Ausführungsform sieht vor, dass das Auswerten eines Lastsignals und das Vergleichen mindestens eines Betriebsparameters mit einer Normvorgabe logisch kombiniert werden, um das Versorgungszustandssignal (und ggf. das daraus folgende Autorisierungssignal) zu erzeugen. Beispielsweise kann durch die Auswertung ein erstes Signal erzeugt werden, und durch das Vergleichen kann ein zweites Signal erzeugt werden. Diese Signale werden mittels einer logischen Verknüpfung kombiniert - etwa mittels einer UND-Verknüpfung - zu einem Signal, das den Versorgungszustand wiedergibt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Lastsignal verwendet, um den Betrieb des Komparators zu steuern. Hierzu kann das Lastsignal ausgewertet werden, wobei die Normvorgabe oder zumindest eine der Einzelvorgaben gemäß dem Lastsignal verändert wird. Insbesondere kann bei einem Lastsignal, dass einen Betrieb eines dynamischen Verbrauchers wiedergibt die Normvorgabe dahingehend verändert werden, dass der Komparator gegenüber dem mindestens einen Betriebsparameter sensibler wird. Das Lastsignal entspricht hierbei einem aktuellen Spannungseinbruch oder einem Spannungseinbruch, der aufgrund von Steuerbefehlen an eine Last im ersten Bordnetzzweig zu erwarten ist. Insbesondere kann als Sollvorgabe ein Schwellwert angehoben oder verringert werden und/oder ein Filter, mit dem das Lastsignal gefiltert wird, kann variiert werden, abhängig vom Vorliegen eines Lastsignal, das einen Betrieb eines dynamischen Verbrauchers wiedergibt. Beispielsweise kann zunächst ein Schwellwert entsprechend einer Mindestbetriebsspannung vorgesehen sein, bei dessen Unterschreiten von einem Spannungseinbruch auszugehen ist. Bei Auftreten eines Betriebs eines dynamischen Verbrauchers (signalisiert durch das Lastsignal) wird dieser Schwellwert angehoben. Dadurch wird bereits bei einer Spannung, die im üblichen Betrieb auftritt, das Vergleichsergebnis des Komparators verändert. Gleichermaßen kann ein Schwellwert, der einen Maximalstrom als Betriebsparametervorgabe wiedergibt, verringert werden, so dass bereits bei geringen Strömen der Komparator ein Versorgungszustandssignal an den Zustandsspeicher abgibt, das einem kritischen Versorgungszustand entspricht. Auch wenn in diesem Fall tatsächlich kein kritischer Versorgungszustand vorliegt, der sich aus den Betriebsparametern ergeben würde, besteht dennoch aufgrund des bevorstehenden Betriebs eines dynamischen Verbrauchers die Notwendigkeit, den ersten Bordnetzzweig abzutrennen, um den zweiten Bordnetzzweig hinzuzuschalten, so dass die Ausgabe des entsprechenden Versorgungszustands korrekt ist.
  • Gemäß einer weiteren Betrachtungsweise verändert der Komparator durch Änderung der Normvorgabe bzw. der zumindest einen Einzelvorgabe die Ansprechschwelle des Komparators, so dass die Komparatorfunktion des Komparators unterdrückt wird. Der Komparator leitet bei entsprechender Änderung der Normvorgabe das Lastsignal, welches einen Lastbetrieb wiedergibt, ohne eigene Auswertung weiter als Versorgungszustandssignal, welches einen kritischen Versorgungszustand wiedergibt. Dadurch, dass die Kontrolleinheit die Normvorgabe (oder nur eine Einzelvorgabe) des Komparators ändert, wird die Funktion des Komparators außer Kraft gesetzt. Dadurch gibt der Komparator bei entsprechendem Lastsignal unabhängig von den Betriebsparametern, die an dem Komparator vorliegen, ein Versorgungszustandssignal ab, welches einem kritischen Versorgungszustand entspricht.
  • Es wird ferner eine Steuereinheit zum gesteuerten Austausch elektrischer Leistung zwischen einem ersten, einem zweiten und einem dritten Bordnetzzweig eines Bordnetzes eines Fahrzeugs beschrieben. Die Steuereinheit ist zur Ausführen des hier offenbarten Verfahrens ausgebildet.
  • Die Steuereinheit umfasst eine erste Schaltvorrichtung, eine damit verbundene erste Ansteuervorrichtung, sowie eine zweite Schaltvorrichtung und eine damit verbundenen zweite Ansteuervorrichtung. Die zweite Ansteuervorrichtung ist insbesondere an einen Steuereingang der ersten Schaltvorrichtung angeschlossen und die zweite Ansteuervorrichtung ist an den Steuerungseingang der zweiten Schaltvorrichtung angeschlossen. Die erste und die zweite Schaltvorrichtung sind jeweils Treiberschaltungen.
  • Die Steuereinheit umfasst ferner einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss, die zum Anschluss an den ersten, zweiten bzw. dritten Bordnetzzweig eingerichtet sind. Der erste, zweite bzw. dritte Anschluss ist insbesondere geeignet, Ströme von deutliche mehr als ein Ampere und insbesondere von hundert oder mehr Ampere zu übertragen. Der erste, zweite und dritte Anschluss kann jeweils mittels eines elektrischen Steck- und/oder Schraubkontakts realisiert werden. Einer der Anschlüsse oder ein vierter Anschluss kann ausgestaltet sein, um mit Masse verbunden zu werden. Die Steuereinheit kann ein Vierpol sein, oder im Falle einer Ausführung wie sie in 3c dargestellt ist, ein Dreipol sein. Den hier beschriebene Steuereinheit bzw. Schaltungstopologien können auch Pole zugeordnet werden, wobei jeder Anschluss (als elektromechanische Realisierung) einem individuellen Pol (als Topologieknotenpunkt) entspricht.
  • Die erste Schaltvorrichtung ist zwischen dem ersten und dritten Anschluss angeschlossen. Die zweite Schaltvorrichtung ist zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss angeschlossen. Dadurch ist die erste Schaltvorrichtung eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss zu steuern, und die zweite Schaltvorrichtung ist eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss zu steuern. Die zweite Ansteuervorrichtung hat einen Schalterzustandseingang, der mit einem Schalterzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, anhand eines Signals, das am Schalterzustandseingang vorliegt, den Schalterzustand der zweiten Schaltvorrichtung zu steuern. Der Schalterzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, ein Signal zu liefern, dass den Ist-Schaltungszustand der ersten Schaltvorrichtung wiedergibt, etwa einen Pegel eines Gate-Anschlusses der ersten Schaltvorrichtung. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang eine offene erste Schaltvorrichtung signalisiert wird. Vorzugsweise ist die zweite Ansteuervorrichtung eingerichtet, nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang eine offene erste Schaltvorrichtung signalisiert wird und an dem Autorisierungseingang ein Autorisierungssignal vorliegt, dass eine Autorisierung wiedergibt.
  • Die zweite Ansteuervorrichtung umfasst vorzugsweise eine Logikschaltung, die den Schalterzustandseingang und den Autorisierungseingang logisch verknüpft, insbesondere mittels einer UND-Verknüpfung. Die Logikschaltung kann insbesondere von einem Prozessor mit entsprechender Software vorgesehen werden oder von einem Logik-Gatter, so dass die Logikschaltung allgemeiner als Logik bezeichnet werden kann.
  • Ein Aspekt der Steuereinheit sieht vor, dass diese ferner einen Komparator aufweist, vorzugsweise einen Komparator wie vorangehend beschrieben. Der Komparator weist mindestens einen Eingang auf, vorzugsweise zwei, der bzw. die eingerichtet ist bzw. sind, mit einer Stromermittlungseinheit oder einer Spannungsermittlungseinheit verbunden zu werden. Die Stromermittlungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgestattet, den Strom durch die erste Schaltvorrichtung zu erfassen. Die Spannungsermittlungseinheit ist ausgestaltet, die Spannung an dem dritten Bordnetzzweig zu erfassen. Hierzu kann die Spannungsermittlungseinheit mit einem entsprechenden Anschluss verbunden sein, um die Spannung innerhalb des dritten Bordnetzzweigs zu erfassen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ferner einen Analog/Digital-Wandler, der dem Komparator vorgeschaltet ist. In diesem Fall ist der Komparator ein digitaler Komparator. Vorzugsweise ist die Steuereinheit nur eingerichtet, mit der Spannungs- bzw. Stromermittlungseinheit verbunden zu werden. Eine alternative Ausführungsform sieht jedoch vor, dass die Steuereinheit die Spannungsermittlungseinheit bzw. die Stromermittlungseinheit umfasst.
  • Die Steuereinheit umfasst ferner eine Normvorgabe. Die Normvorgabe ist mit dem Komparator verbunden. Dadurch ist der Komparator eingerichtet, den erfassten Strom und/oder die erfasste Spannung mit der Normvorgabe zu vergleichen. Der Komparator ist ferner dazu ausgestaltet, als Ergebnis des Vergleichs einen Versorgungszustand an einem Ausgang des Komparators auszugeben.
  • Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Steuereinheit ferner eine Auswertungseinrichtung mit einem Eingang aufweisen. Die Auswertungseinrichtung ist ausgestaltet, ein an dem Eingang der Auswertungseinrichtung vorliegendes Lastsignal auszuwerten. Das Lastsignal gibt den Lastzustand mindestens einer Komponente des dritten (oder ersten) Bordnetzes wieder und gibt insbesondere einen aktuellen oder zukünftigen, zu erwarteten Lastzustand wieder. Das Lastsignal kann insbesondere ein Befehl zum Einschalten des Verbrauchers in dem dritten Bordnetzzweig sein. Hierdurch ist die Auswertungseinrichtung ausgestaltet, um den Versorgungszustand an einem Ausgang der Auswertevorrichtung auszugeben. Der Versorgungszustand wird somit aus dem Lastsignal abgeleitet, wobei die Auswertungseinrichtung anhand ihres Eingangs das Lastsignal erhalten kann. Deren spezifische Ausführungsform sind sowohl Komparator als auch Auswertungseinrichtung vorgesehen, und die Auswertungseinrichtung ist mit einem Eingang des Komparators verbunden, um die für den Komparator geltende Normvorgabe zu ändern. Die Normvorgabe kann in einem Speicher hinterlegt sein, insbesondere in einem einmal beschreibbaren Speicher, einem mehrfach beschreibbaren Speicher, oder in einem Nur-Lese-Speicher.
  • Die Steuereinheit umfasst ferner einen Zustandsspeicher. Der Zustandsspeicher weist einen Eingang auf, welcher mit dem Ausgangskomparator oder der Auswertungseinrichtung verbunden ist. Der Eingang des Zustandsspeichers ist insbesondere als CLEAR-Eingang ausgebildet. Der Zustandsspeicher sieht daher eine Funktionalität eines Flip-Flops vor, wobei der CLEAR-Eingang des Zustandsspeichers einem CLEAR-Befehl eines Flip-Flops entspricht. Der Zustandsspeicher weist einen ersten Ausgang für ein Schaltsignal auf, der mit einem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Insbesondere ist der erste Eingang des Zustandsspeichers mit dem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung zur Übermittlung eines Schaltsignals verbunden. Der Zustandsspeicher weist einen zweiten Ausgang für ein Autorisierungssignal auf. Der zweite Ausgang ist mit dem Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung zur Signalisierung einer vorliegenden Autorisierung verbunden. Die sogenannten Verbindungen sind insbesondere direkte Verbindungen.
  • Weiterhin kann die Steuereinheit eine Kontrolleinheit aufweisen. Die Kontrolleinheit weist einen Ausgang auf, der mit einem Eingang des Zustandsspeichers verbunden ist, welcher zur Übermittlung eines Freigabesignals dient. Der Ausgang der Kontrolleinheit ist zur Übermittlung des Freigabesignals eingerichtet. Bevorzugt ist dieser Eingang des Zustandsspeichers, der mit dem Ausgang der Kontrolleinheit verbunden ist, als SET-Eingang ausgebildet. Auch hier weist der Zustandsspeicher vorzugsweise eine Flip-Flop-Funktionalität auf. Der SET-Eingang hat Vorrang vor dem CLEAR-Eingang. Der Zustandsspeicher ist daher eingerichtet, bei einem vorliegenden SET-Signal ein möglicherweise gleichzeitig vorliegendes CLEAR-Signal zu ignorieren und einem Zustand gemäß dem SET-Signal zu wählen. Die Funktionalität des Zustandsspeichers entspricht insbesondere einem asynchronem Flip-Flop, insbesondere ein Flip-Flop mit einem SET- und einem CLEAR-Eingang. Die Funktionalität des Zustandsspeichers kann insbesondere einem pegelabhängiger Trigger oder einem flankengesteuerten Trigger entsprechen. Die Kontrolleinheit ist eingerichtet, den Zustand des Komparators zu diagnostizieren bzw. abzurufen, insbesondere über eine Verbindung, die über den Zustandsspeicher verläuft, oder die unmittelbar an den Komparator angebunden ist. Das SET-Signal ist als Grundeinstellung aktiv gesetzt, auch wenn keine Verbindung zur Kontrolleinheit besteht. Hierdurch wird bei auftretenden Fehlern insbesondere in der Ansteuerung der Betrieb gewährleistet.
  • Die Kontrolleinheit hat ferner einen Eingang, der mit einem Ausgang des Zustandsspeichers verbunden ist, insbesondere zur Übermittlung mindestens eines Zustandssignals, das in dem Zustandsspeicher gespeichert ist.
  • Die Steuereinheit umfasst ferner einen DC/DC-Wandler sowie ein DC/DC-Steuerungsmodul, an das der DC/DC-Wandler angeschlossen ist. Insbesondere ist ein Ausgang des DC/DC-Steuerungsmoduls mit einem Eingang des DC/DC-Wandlers angeschlossen. Das DC/DC-Steuerungsmodul weist einen Eingang auf, der mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, mit dem ebenso der Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Insbesondere ist dieser Eingang des Steuerungsmoduls eingerichtet, und innerhalb der Steuereinheit angeschlossen, ein Signal zu erhalten, dass dem Signal an dem Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung entspricht. Das DC/DC-Steuerungsmodul ist eingerichtet, den Betrieb des DC/DC-Wandlers zu unterdrücken, wenn an dem Eingang des DC/DC-Steuerungsmoduls kein Signal anliegt, dass eine vorliegende Autorisierung wiedergibt. Wird daher von dem Autorisierungssignal keine Autorisierung wiedergegeben, dann unterdrückt das DC/DC-Steuerungsmodul den Betrieb des DC/DC-Wandlers.
  • Das Autorisierungssignal kann eine nicht vorliegende Autorisierung auf zwei Arten signalisieren: Als ein gezielt ausgegebenes Signal mit einem Pegel, der einen nicht vorliegenden Autorisierungssignal entspricht, oder durch ein Autorisierungssignal mit einem undefinierten Signalpegel („free floating“), der nicht einem Signalpegel entspricht, welcher ein vorliegendes Autorisierungssignal repräsentiert. Ein nicht vorliegendes Autorisierungssignal kann somit gezielt durch einen bestimmten Pegel signalisiert werden, oder dadurch, dass ein undefinierter Pegel anliegt, etwa durch Freischalten eines Transistorausgangs, der jedoch nicht den Pegel erreicht, welcher zur Signalisierung eines vorliegenden Autorisierungssignals notwendig ist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Ansteuervorrichtung ein Verzögerungsglied aufweist, das den Schalterzustandseingang oder dem Autorisierungseingang nachgeschaltet ist. Dadurch ist die zweite Ansteuervorrichtung eingerichtet, das am Schalterzustandseingang oder am Autorisierungseingang vorliegende Signal zu verzögern. Alternativ weist die zweite Ansteuervorrichtung ein Verzögerungsglied auf, das einem Ansteuereingang, welcher mit der zweiten Schaltvorrichtung verbunden ist, vorgeschaltet ist. Ferner kann die erste Ansteuervorrichtung ein Verzögerungsglied aufweisen, das den Schalterzustandseingang der ersten Ansteuervorrichtung vorgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die zweite Ansteuervorrichtung gegenüber der ersten Ansteuervorrichtung verzögert angesteuert wird.
  • Anstatt oder in Kombination mit einem Verzögerungsglied kann auch ein Hystereseelement vorgesehen sein, insbesondere innerhalb des Komparators, um bei leicht variierenden Signalen am Eingang des Komparators keine unerwünschten kurzfristigen Schaltzustandsänderungen zu provozieren. Falls der Komparator eine Logikschaltung umfasst, um Einzelergebnisse zu kombinieren, dann ist das mindestens eine Hystereseelement der Logik vorgeschaltet. Insbesondere ist das Hystereseelement den mindestens einem Eingang des Komparators nachgeschaltet. Die Anzahl der Hystereseelemente bzw. die Anzahl der Hysteresefunktionen entspricht der Anzahl der Eingänge des Komparators.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Ansteuervorrichtung selbstinhibierend ist und in energielosem Zustand die erste Schaltvorrichtung schließt. Die zweite Ansteuervorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, nur bei einem hohen Pegel einen Schließvorgang der zweiten Schaltvorrichtung anzusteuern. Dadurch wird bei einer Vielzahl von Fehlern der Normzustand hergestellt, d. h. eine geschlossene erste Schaltvorrichtung und eine geöffnete zweite Schaltvorrichtung, insbesondere bei Fehlern in der Stromversorgung der Steuereinheit.
  • Die erste sowie die zweite Schaltvorrichtung sind insbesondere Halbleiterschalter, vorzugsweise Transistoren und besonders bevorzugt MOSFETs oder Bipolartransistoren oder IGBTs. Insbesondere können als Schaltvorrichtung Halbleiterbauelemente verwendet werden mit einer Diode zwischen den beiden Leistungsanschlüssen, beispielsweise mit einer Substratdiode. Diese kann bei einem Ausfall der Ansteuervorrichtungen oder der Ansteuerung der Ansteuervorrichtungen zu einer Versorgung des dritten Bordnetzzweigs aus dem ersten Bordnetzzweig verwendet werden. Insbesondere die zweite Schaltvorrichtung kann nicht nur als An/Aus-Schalter vorgesehen sein, sondern als Schaltelement, dass in eingeschalteten Zustand eingerichtet ist, ein bestimmtes Potential einzustellen, insbesondere als Spannungsregler. Schließlich können die erste und die zweite Schaltvorrichtung als Relais ausgestaltet sein.
  • Die hier beschriebene Steuereinheit kann insbesondere für Spannungen unter 60 Volt vorgesehen sein, beispielsweise für Bordnetzzweige mit 12, 24 oder 48 Volt. Die Leistungsanschlüsse der Steuereinheit können für die gleiche Spannung vorgesehen sein, oder können für unterschiedliche Spannungen vorgesehen sein, insbesondere wenn vorgesehen ist, durch die Beschaltung der Leistungsanschlüsse Spannungen zweier Bordnetzzweige zu addieren (durch schaltbare Reihenschaltung). Wenn vorgesehen ist, mittels der Steuereinheit zwei der Bordnetzzweige durch die Steuereinheit in Reihe zu schließen, dann kann zumindest eine der Bordnetzzweige auch eine geringere Spannung als 12 Volt aufweisen, beispielsweise 5 Volt. Insbesondere kann der zweite Bordnetzzweig eine andere und vorzugsweise geringere Normspannung aufweisen als der dritte Bordnetzzweig.
  • Die Steuereinheit kann hinsichtlich Spannung und Strom ausgelegt sein, über die Leistungsanschlüsse mit elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeichern verbunden zu werden, insbesondere mit Bleiakkumulatoren, Lithium-Ion-Akkumulatoren, Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulatoren, Superkondensatoranordnungen, Superkondensatoren (Supercaps) oder insbesondere Doppelschichtkondensatoren. Insbesondere kann die Steuereinheit ausgelegt sein, den ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig miteinander zu verbinden, wobei im ersten Bordnetzzweig beispielsweise ein Bleiakkumulator vorgesehen ist, im zweiten Bordnetzzweig ein Lithium-Ion-Akkumulator oder eine Superkondensatoranordnungen bzw. ein Supercap. Dieser kann eine deutlich geringere Kapazität als der Bleiakkumulator aufweisen, jedoch mit einem im Größenbereich des Bleiakkumulators liegenden Maximalstrom ausgestattet sein, und in dem dritten Bordnetzzweig kann ein Generator vorgesehen sein. Der erste und der zweite Energiespeicher können vom gleichen Typ sein oder unterschiedlichen Typs sein. Die Kapazität des ersten Energiespeichers kann der des zweiten Energiespeichers entsprechen, kann über dieser liegen, etwa um Faktoren von mindestens 2, 5, 10, 50 oder mehr, oder kann auch unter dieser liegen.
  • Der DC/DC-Wandler kann insbesondere vorgesehen sein, um Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss bzw. Bordnetzzweig zu übertragen. Der DC/DC-Wandler kann bidirektional sein oder kann unidirektional sein, insbesondere ausgestaltet zur Übertragung von Energie in den zweiten Bordnetzzweig hinein oder aus diesem heraus.
  • Die Steuereinheit kann realisiert werden mittels einer festverdrahten Schaltung, einer konfigurierbaren oder programmierbaren Schaltung und zugehöriger Software, sowie durch eine Kombination hiervon. Insbesondere kann die Steuereinheit mittels eines ASICs oder eines FPGAs realisiert werden, vorzugsweise mittels einer monolithischen integrierten Schaltung. Alternativ oder in Kombination hiermit können Mikroprozessoren verwendet werden, insbesondere Mikroprozessoren mit geringer Bitbreite. Dies ermöglicht den Einsatz von Low-cost-Mikroprozessoren mit einer Bitbreite von lediglich 8-bit oder 10-bit. Insbesondere die Kontrolleinheit kann mittels einer Schaltung realisiert werden, die sich von weiteren Schaltungen unterscheidet, welches weitere Komponenten der Steuereinheit realisiert. Insbesondere die Ansteuervorrichtungen, der Komparator und/oder der Zustandsspeicher werden von dem gleichen elektronischen Bauteil, insbesondere mittels eines ASICs umgesetzt. Hierbei kann auch der Analog/Digital-Wandler Teil des Bauelements sein. Das DC/DC-Steuerungsmodul kann Teil einer monolithischen integrierten Schaltung oder auch eines ASICs sein oder Teil eines Bauelements, welches auch den Komparator und die zwei Ansteuervorrichtungen realisiert. Die Normvorgabe kann als Speicherelement innerhalb desjenigen elektronischen Bauelements realisiert sein, welches die vorgenannten Komponenten der Steuereinheit realisiert und konfiguriert und programmiert werden kann.
  • Schließlich wird ein Fahrzeugbordnetz mit einer wie hier beschriebenen Steuereinheit dargestellt. Das Fahrzeugbordnetz umfasst den ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig. In dem ersten Bordnetzzweig sind ein Verbrennungsmotorstarter und eine Starterbatterie vorgesehen, insbesondere ein Bleiakkumulator. Der Verbrennungsmotorstarter entspricht dem elektrischen Bauelement, welches innerhalb des Fahrzeugbordnetzes als Störer auftreten und Spannungseinbrüche erzeugen kann. In dem zweiten Bordnetzzweig ist ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher vorgesehen, insbesondere ein Lithium-Akkumulator oder eine Superkondensatoranordnung. Der elektrische zweiter Leistungsspeicher hat eine Stromabgabefähigkeit, die ungefähr der Stromabgabefähigkeit der Starterbatterie entspricht. Jedoch kann die Kapazität der Superkondensatoranordnung deutlich unter der der Starterbatterie liegen. Beispielsweise kann die Superkondensatoranordnung eine Energiemenge fassen, die nicht mehr als 1/10, 1/100 oder 1/1000 der Energiemenge entspricht, die in der Starterbatterie gespeichert werden kann. Der zweite Leistungsspeicher kann als elektrostatischer Speicher oder elektrochemischer Speicher vorgesehen sein, wobei die Starterbatterie vorzugsweise als elektrochemischer Speicher ausgebildet ist. Der zweite Leistungsspeicher kann jedoch auch mit einer Kapazität ausgestattet sein, die größer als die des ersten Leistungsspeichers ist, und beispielsweise um einen Faktor von mindestens 10, 100 oder 1000 über dieser liegt.
  • In dem dritten Bordnetzzweig ist ein Generator vorgesehen, der eine Antriebswelle aufweist. Diese ist eingerichtet, mit dem Abtrieb eines Verbrennungsmotors verbunden zu werden. Der dritte Bordnetzzweig umfasst ferner einen gegenüber Spannungseinbrüchen oder -spitzen sensiblen Verbraucher, insbesondere einen Verbraucher mit einer Minimal-Betriebsspannung, etwa eine Verbrennungsmotorsteuerung oder einer Bordelektronik. Der Verbraucher im dritten Bordnetzzweig kann insbesondere eine maximale Spannungsänderungsrate aufweisen, so dass kurzfristige Einbrüche oder Spitzen, die in dem ersten Bordnetzzweig verursacht werden, durch Zuschalten des zweiten Bordnetzes verringert werden müssen.
  • Die Last im dritten Bordnetzzweig, d. h. der sensible Verbraucher, kann ferner auch eine Beleuchtung, insbesondere eine Außen- und/oder Innenbeleuchtung des Fahrzeugs sein, welches in unerwünschter Weise flackert, wenn Spannungseinbrüche auftreten. Der Verbraucher im ersten Bordnetzzweig, d. h. im speziellen der Starter des Verbrennungsmotors, kann ferner ein elektrischer Antrieb sein, der insbesondere mehr als 50, 100, 200, 500 oder 1000 Ampere zum Betrieb anfordert, etwa eine elektrische Lenkung.
  • Die ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweige können in unterschiedlicher Weise zueinander geschaltet sein, wobei jedoch vorzugsweise der zweite Bordnetzzweig über die Steuereinheit und deren Schaltvorrichtungen dem dritten Bordnetzzweig spannungs- und stromunterstützend zugeschaltet wird. Eine spannungsunterstützende Zuschaltung entspricht einer Reihenschaltung, so dass sich die Spannung im dritten Bordnetzzweig um die Spannung im zweiten Bordnetzzweig erhöht. Eine stromunterstützende Zuschaltung entspricht einer Parallelschaltung des zweiten Bordnetzzweigs zum dritten Bordnetzzweig, so dass der dritte Bordnetzzweig den Strom aus dem zweiten Bordnetzzweig erhält. Dadurch wird der von außen erkennbare Innenwiderstand der zusammengeschalteten Energiespeicher verringert. Im letztgenannten Fall der Parallelschaltung wird vorzugsweise gleichzeitig der erste Bordnetzzweig vom dritten Bordnetzzweig abgetrennt, so dass die Stromunterstützung durch den zweiten Bordnetzzweig darin besteht, dass die elektrische Energie zur Stützung des dritten Bordnetzzweigs nur aus dem zweiten Bordnetzzweig und nicht aus dem ersten Bordnetzzweig stammt.
  • In den Figuren sind symbolhaft einige Bordnetztopologien dargestellt, in denen die hier beschriebenen ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweige über eine Steuereinheit, wie hier beschrieben ist, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind alle Bordnetzzweige untereinander über die hier beschriebene Steuereinheit verbunden. Alternativ ist zumindest der zweite Bordnetzzweig über die Steuereinheit mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig verbunden.
  • Die erfindungsgemäße Steuereinheit kann mittels einer festverdrahteten Logikschaltung, mittels programmierbaren Datenverarbeitungseinheiten wie Mikrocontroller mit zugehörigem Programmcode, mittels festverdrahteten Logikschaltungen mit mindestens einer programmierbaren Datenverarbeitungseinheit, zugehörigen Programmcode aufweist, oder einer Kombination umgesetzt werden. Die Steuereinheit kann einen Festspeicher umfassen, in dem Konfigurierungsdaten (Schwellwerte, Filterparameter, Hystereseparameter, usw.) gespeichert sind. Der Festspeicher kann als einmalig beschreibbarer Speicher ausgeführt sein, etwa als Nur-Lesespeicher (ROM) oder auch als Flash-Speicher. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steuereinheit mit einer monolithischen integrierten Schaltung oder mit einem ASIC umgesetzt werden, wobei zumindest eine der Komponenten (etwa die Kontrolleinheit) mittels eines zum ASIC externen Elements (bspw. ein Mikrocontroller) realisiert wird. Der Komparator (vorzugsweise als digitale Vergleichsvorrichtung ausgeführt), der Zustandsspeicher und die Ansteuervorrichtungen sind vorzugsweise als integrierte Schaltung, etwa als ASIC, ausgeführt. In diese integrierte Schaltung können ferner der Analog/Digital-Wandler und/oder das DC/DC-Steuerungsmodul integriert sein.
  • Figurenliste
    • Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbordnetzes mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit,
    • die 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit in Blockdarstellung und
    • die 3a, 3b und 3c sind schematische Darstellungen verschiedener Bordnetztopologien, in denen die erfindungsgemäße Steuereinheit eingesetzt werden kann.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbordnetzes mit einem ersten Bordnetzzweig 10, einem zweiten Bordnetzzweig 20 und einem dritten Bordnetzzweig 30. Die Bordnetzzweige 10, 20 und 30 sind mittels einer Steuereinheit 40 miteinander verbunden. Der erste Bordnetzzweig 10 umfasst einen Verbraucher 12 bzw. einen optionalen Verbraucher 12' sowie einen ersten elektrischen Energiespeicher 14 in Form eines Blei-Säure-Akkumulators. Der erste elektrische Energiespeicher 14 entspricht einem erster Leistungsspeicher und wird als Starterbatterie verwendet. Der Verbraucher 12 bzw. 12' ist ein elektrischer Verbraucher mit hoher Stromanforderung geeignet zur Erzeugung von Spannungseinbrüchen im Bordnetz. Der Verbraucher 12 bzw. 12' ist als Startermotor für ein Verbrennungsmotor ausgebildet, insbesondere als Riemen- oder Ritzelstarter. Alternativ oder in Kombination hierzu kann als Verbraucher in dem ersten Bordnetzzweig 10 (oder auch in dem dritten Bordnetzzweig 30) beispielsweise ein elektrischer Lenkantrieb vorgesehen sein, dessen Betrieb ebenso Spannungseinbrüche erzeugen kann.
  • In dem zweiten Bordnetzzweig ist als elektrischer Energiespeicher ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher 22 vorgesehen, der als Lithium-Akkumulator ausgebildet ist. Alternativ kann als zweiter Leistungsspeicher 22 eine Superkondensatoranordnung verwendet werden. Der Verbraucher 24 innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs 20 stellt eine optionale Komponente dar. Der Verbraucher 24 kann beispielsweise realisiert sein als Datensteuerung oder Zustandsüberwachung, die dem zweiter Leistungsspeicher 22 zugeordnet ist, um zumindest einen Betriebsparameter des zweiter Leistungsspeichers 22 zu überwachen, zu steuern oder zu regeln, beispielsweise den Ladungszustand.
  • Das dritte Bordnetz 30 umfasst einen Generator 32 sowie einen Verbraucher 34. Der Verbraucher 34 entspricht einen Verbraucher, der mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise vor Steuerungseinbrüchen geschützt wird, d. h. eine Last, die gegenüber Spannungseinbrüchen sensibel ist. Die Last umfasst insbesondere die Beleuchtung oder die Bordelektronik, beispielsweise eine Motorsteuerung oder Leistungs-, Unterhaltungs- oder Fahrerassistenzkomponenten. Insbesondere ist der Verbraucher 34 ein Verbraucher, der bei einer Spannungsminderversorgung keine oder nur eine eingeschränkte Funktionalität bietet. Der Verbraucher 34 kann ferner ein Verbraucher sein, dessen Funktion nach einem Spannungseinbruch zumindest zeitweise vermindert ist, beispielsweise Komponenten, deren Funktion erst nach einem Boot-Vorgang zur Verfügung steht.
  • Eine Steuereinheit 40 ist mit dem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig 10, 20 und 30 verbunden. Insbesondere verbindet die Steuereinheit die drei Bordnetze 10 - 30 untereinander. Die Steuereinheit verbindet hierbei ein Versorgungspotential, d. h. das positive Versorgungspotential der drei Bordnetzzweige 10 - 30 gesteuert miteinander. Die Bordnetzzweige haben in der Topologie, wie sie in 1 dargestellt ist, ein gemeinsames weiteres Versorgungspotential, d. h. Masse. Zum Anschluss der Bordnetzzweige 10 - 30 an die Steuereinheit 40 umfasst die Steuereinheit einen ersten Anschluss 41, einen zweiten Anschluss 42 und einen dritten Anschluss 43. Der erste Anschluss 41 ist zur Verbindung mit dem ersten Bordnetzzweig 10 eingerichtet, der zweite Anschluss 42 ist zur Verbindung mit dem zweiten Bordnetzzweig 20 eingerichtet, und der dritte Anschluss 43 ist zur Verbindung mit dem dritten Bordnetzzweig 30 eingerichtet. Die drei als Leistungsanschlüsse vorgesehene Anschlüsse 41 - 43 sind als elektrische Kontakte ausgeführt, beispielsweise als Steckkontakte und/oder Schraubkontakte, und sind insbesondere aufgrund ihres Querschnitts und Materials eingerichtet, Stromstärken von mindestens 50 Ampere, insbesondere von mindestens 100 Ampere und vorzugsweise von mindestens 200 Ampere zu übertragen.
  • Die Steuereinheit 40 umfasst eine erste Schaltvorrichtung 50 sowie eine zweite Schaltvorrichtung 52. Die erste und die zweite Schaltvorrichtung sind jeweils als N-MOSFET ausgebildet. In der ersten Schaltvorrichtung 50 ist zudem eine Substratdiode 50' der ersten Schaltvorrichtung 50 eingezeichnet. Die Substratdiode 50' ist dargestellt, um einen möglichen Stromfluss vom ersten Bordnetzzweig 10 zum dritten Bordnetzzweig 30 zu erläutern, der auch ohne Ansteuerung der Schaltvorrichtung 50 stattfindet, wenn die Spannung im dritten Bordnetzzweig 30 entsprechend geringer ist als die Spannung im ersten Bordnetzzweig 10. Auch die zweite Schaltvorrichtung 52 weist eine Substratdiode auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 eingezeichnet ist.
  • Die Steuereinheit umfasst ferner eine Schaltungsanordnung 60, die anhand von 2 näher erläutert wird, sowie einen optionalen DC/DC-Wandler 70, der einen Steuereingang aufweist, welcher mit der Schaltungsanordnung 60 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 70 umfasst neben einem DC/DC-Steuerungsmodul ferner zwei Leistungsanschlüsse, die mit dem ersten Anschluss 41 bzw. mit dem zweiten Anschluss 42 verbunden sind, um Energie vom ersten Anschluss an den zweiten Anschluss zu liefern, und/oder umgekehrt.
  • Die erste Schaltvorrichtung 50 ist zwischen dem ersten Anschluss 41 und dem dritten Anschluss 43 angeschlossen und verbindet diese steuerbar. Die zweite Schaltvorrichtung 52 ist zwischen dem zweiten Anschluss 42 und dem dritten Anschluss 43 angeschlossen und verbindet diese steuerbar. Eine zweite Schaltvorrichtung 52, welche unmittelbar an den dritten Anschluss 43 angeschlossen ist, ist ebenso an ein Ende der Schaltvorrichtung 50 angeschlossen, das unmittelbar mit dem dritten Anschluss 43 verbunden ist. Die Schaltvorrichtungen 50 und 52 umfassen jeweils einen Steuerungseingang, insbesondere einen Gate-Anschluss, der mit der Schaltungsanordnung 60 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung 60, welche in 2 näher dargestellt ist, steuert den Schaltungszustand der ersten und zweiten Schaltvorrichtung 50 und 52.
  • Die Schaltungsanordnung 60 umfasst ferner einen Dateneingang 80, der anhand der 2 näher erläutert wird. Das gestrichelt dargestellte Rechteck der 1 entspricht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit 40.
  • Die 2 zeigt steuerbar ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit. Die Schaltung innerhalb dem gestrichelten Rechteck entspricht (abgesehen von der Zuordnung eines DC/DC-Wandlers 170) der Schaltungsanordnung 60 der 1.
  • Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst eine erste Ansteuervorrichtung 110 sowie eine zweite Ansteuervorrichtung 120. Die Ansteuervorrichtungen 110 und 120 weisen jeweils Steuerungsausgänge auf, die mit den Steuerungseingängen einer ersten Schaltvorrichtung 150 und einer zweiten Schaltvorrichtung 152 verbunden sind. Die Schaltvorrichtungen 150 und 152 entsprechen den Schaltvorrichtungen 50 und 52 und sind, wie dargestellt, in Reihe miteinander verbunden. Die Schaltvorrichtungen 150 und 152 sind ferner in Reihe mit einem zweiter Leistungsspeicher 122 des zweiten Bordnetzzweigs verbunden. Zwischen dem zweiter Leistungsspeicher 122 und der zweiten Schaltvorrichtung 152 befindet sich der zweite Anschluss 142. Zwischen der ersten Schaltvorrichtung 150 und der zweiten Schaltvorrichtung 152 befindet sich der dritte Anschluss 143. Auf der Seite der ersten Schaltvorrichtung 150, die der zweiten Schaltvorrichtung 152 abgewandt ist, befindet sich der erste Anschluss 141. Der erste, zweite und dritte Anschluss 141 - 143 sowie die erste und zweite Schaltvorrichtung 150, 152 in der 2 entsprechen dem ersten, zweiten und dritten Anschluss 41, 42 und 43 bzw. der ersten und zweiten Schaltvorrichtung 50, 52 der 1.
  • Ein Pol A der in 1 dargestellten Schaltung kann dem Anschluss 41 zugeordnet werden, ein Pol C kann dem zweiten Anschluss 42 zugeordnet werden, ein Pol B kann dem dritten Anschluss 43 zugeordnet werden und ein Pol D kann der Masse der Schaltung zugeordnet werden.
  • Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst ferner einen Dateneingang 180. An diesem Dateneingang liegen zwei vorzugsweise analoge Signale (oder deren digitalisierte Äquivalenten) an, die zwei Betriebsparametern des ersten oder dritten Bordnetzes entsprechen, insbesondere der Betriebsspannung im dritten ersten oder Bordnetzzweig 30, sowie dem Strom, der über die erste Schaltvorrichtung 50, 150 fließt. Hierzu umfasst der Dateneingang 180 zwei getrennte Leitungen, über die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung analoge Signale erhält. Die in 2 dargestellte Steuereinheit umfasst ferner ein Analog/Digital-Wandler 182, der die Signale des Dateneingangs 180 in digitale Signale umwandelt. Anstatt des Analog/Digital-Wandler 182 kann auch ein Pegelwandler vorgesehen sein.
  • Es können Strom- und Spannungsermittlungseinheiten vorgesehen sein, die den Strom über die ersten Schaltvorrichtung 50, 150 bzw. die Spannung am erste oder dritten Anschluss 43, 143 erfassen, vgl. 1. Da der Ort der Stromermittlungseinheit dem Ort der Schaltvorrichtung 50 bzw. 150 und der Ort der Spannungsermittlungseinheit dem Ort des dritten Anschlusses 43, 143 entspricht, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit von weiteren Zeichnungselementen zur Darstellung der Erfassungsvorrichtungen abgesehen, da die bereits bestehenden Zeichnungselemente zur Darstellung der Anschlüsse 41, 43 bzw. 141, 143 auch zur Darstellung der Erfassungsvorrichtungen verwendet werden können.
  • Ferner ist die Stromermittlungseinheit vorzugsweise an oder zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss 41 bzw. 141 und 43 bzw. 143 vorgesehen. Die Stromermittlungseinheit ist somit der ersten Schaltvorrichtung 50 bzw. 150 vor- oder nachgeschaltet und erfasst den Strom, der durch diese fließt. Ferner kann die Spannungsermittlungseinheit parallel zu dem für Spannungseinbrüche sensiblen Verbraucher 34 bzw. 134 geschaltet sein. Insbesondere erfasst die Spannungsermittlungseinheit das Potential des positiven Anschlusses des Verbrauchers 34 bzw. 134, um Spannungseinbrüche zu erfassen. Die Signale, die von der Stromermittlungseinheit und der Spannungsermittlungseinheit erzeugt werden, werden über den Dateneingang 80 bzw. 180 der Schaltungsanordnung 60 zugeführt.
  • Die Stromermittlungseinheit kann vorgesehen sein mittels eines Shunt-Widerstands oder mittels eines Hall-Elements, während die Spannungsermittlungseinheit durch einen einfachen Kontakt oder durch eine Anzapfung vorgesehen sein kann, die ggf. an ein Spannungsteil angeschlossen ist. Die Anzapfung bzw. der Spannungsteiler liefert das Signal, dass den Dateneingang 80 bzw. 180 der Schaltungsanordnung 60 zugeführt wird.
  • Der Analog/Digital-Wandler 182 überträgt die umgewandelten digitalen Signale an einen Komparator 162 der Steuereinheit. Der Komparator umfasst eine Vorgabe 162', mit der die Signale, welche von dem Analog/Digital-Wandler 182 abgegeben werden, verglichen werden. Der Komparator umfasst ferner eine Logik 163, die eine logische Kombination der Vergleichsergebnisse durchführt, die als Resultate des Vergleichs der Vorgabe 162' sind. Die Logik 163 kombiniert die Einzelvergleichsergebnisse, die sich aus den einzelnen Vergleichen der Signale mit der Vorgabe 162' ergeben.
  • Der Komparator 162 gibt einen Versorgungszustand an einen Zustandsspeicher 164 ab, wobei der Versorgungszustand dem Vergleichsergebnis entspricht, das die Logik 163 des Komparators 162 erzeugt. Der Zustandsspeicher 164 weist einen CLEAR-Eingang auf, der mit dem Ausgang des Komparators 162 verbunden ist. Der Zustandsspeicher 164 weist eine Flip-Flop-Funktionalität auf, insbesondere die Funktionalität eines asynchronen Flip-Flops. Dieser nimmt einen Zustand ein gemäß dem CLEAR-Eingang sowie gemäß einem SET-Eingang 165. Hierbei dominiert der SET-Eingang über den CLEAR-Eingang bei der Zustandsdefinition des Zustandsspeichers 164. Der SET-Eingang 165 entspricht einem Eingang für ein Freigabesignal.
  • Eine Kontrolleinheit 190 weist einen Ausgang auf, der mit dem SET-Eingang 165 verbunden ist. Über diesen wird ein Freigabesignal von der Kontrolleinheit 190 an den Zustandsspeicher 164 abgegeben, welche dem SET-Signal entspricht. Die Kontrolleinheit 190 weist ferner einen Eingang 192 auf, über den Betriebsparametersignale des Fahrzeugbordnetzes oder des Fahrzeugs selbst an die Kontrolleinheit 190 übertragen werden können. Insbesondere ist die Kontrolleinheit 190 über eine vorzugsweise bidirektionale Verbindung mit dem Zustandsspeicher 164 verbunden. Über diese Verbindung können ferner Diagnosesignale und/oder Prüfsignale übermittelt werden. Über die Verbindung kann die Kontrolleinheit 190 Zustandspegel des Zustandsspeichers 164 empfangen und kann ferner in dem Zustandsspeicher 164 gespeicherte Zustände setzen. Das Setzen von Zuständen in dem Zustandsspeicher durch die Kontrolleinheit 190 hat Vorrang vor dem SET-Signal und vor dem CLEAR-Signal. Die Steuereinheit kann anstatt oder in Kombination mit dem Komparator eine Auswertungseinrichtung wie oben beschrieben umfassen. Diese ist an der gleichen Stelle vorgesehen wie der Komparator 162 und erhält der Übersichtlichkeit wegen kein eigenes Bezugszeichen. Vielmehr kann das Bezugszeichen 162 und das zugehörige Zeichenelement auch für die Auswertungseinrichtung gelten.
  • Der Zustandsspeicher 164 weist ferner einen Ausgang 166 auf, über den ein Autorisierungssignal an die dort angeschlossene zweite Ansteuervorrichtung 120 übertragen werden. Der Zustandsspeicher umfasst ferner einen Ausgang 167, über den dieser mit der ersten Ansteuervorrichtung 110 verbunden ist, um der ersten Ansteuervorrichtung 110 ein Schaltsignal zu übermitteln. Anhand des Schaltsignals erzeugt die erste Ansteuervorrichtung 110 ein Steuersignal für den Steuereingang der Schaltvorrichtung 150. Dadurch setzt die erste Ansteuervorrichtung 110 das Schaltsignal 167 unmittelbar in einer Ansteuerung der ersten Schaltvorrichtung 150 um.
  • Die zweite Ansteuervorrichtung 120 umfasst einen Autorisierungseingang 121, über den diese mit dem Ausgang 166 des Zustandsspeichers 164 verbunden ist. Ferner weist die zweite Ansteuervorrichtung 120 einen Schalterzustandseingang 123 auf, der mit einem Schalterzustandsausgang 111 der ersten Ansteuervorrichtung 110 verbunden ist. Das Signal an dem Schalterzustandsausgang 111 der ersten Ansteuervorrichtung 110 entspricht nicht notwendigerweise dem Schaltsignal am Schaltsignalausgang 167 des Zustandsspeichers. Vielmehr entspricht der Schalterzustandsausgang 111 dem tatsächlichen, an die erste Schaltvorrichtung 150 abgegebenen Schaltsignal, dass von der Ansteuervorrichtung 110 an die Schaltvorrichtung 150 übertragen wird. Die zweite Schaltvorrichtung ist eingerichtet, nur dann ein Schaltsignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 an die zweiten Schaltvorrichtung 152 abzugeben, wenn sowohl am Schalterzustandseingang 123 als auch am Autorisierungseingang 121 ein entsprechendes Signal anliegt. Dies bedeutet, dass die zweite Ansteuervorrichtung 120 nur dann die zweite Schaltvorrichtung 152 zum Schließen ansteuert, wenn eine Autorisierung am Autorisierungseingang 121 anliegt und wenn ferner am Schalterzustandseingang 123 ein Signal anliegt, das eine geöffnete Schaltvorrichtung 150 wiedergibt. Der Schalterzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung 110 gibt dann ein Signal aus, das einer geöffneten ersten Schaltvorrichtung 150 entspricht, wenn der mit der ersten Schaltvorrichtung 150 verbundene Steuerausgang der ersten Ansteuervorrichtung 110 ein Ansteuersignal vorsieht, durch dass die erste Schaltvorrichtung zum Öffnen angesteuert wird.
  • Die Steuereinheit kann ein Verzögerungsglied aufweisen, welches das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 verzögert. Das Verzögerungsglied kann hierzu in der zweiten Ansteuervorrichtung 120 vorgesehen sein, um deren Signalausgabe oder deren Signaleingang, vergleiche Bezugszeichen 121 und 123, zu verzögern. Das Verzögerungsglied kann ferner in der ersten Ansteuervorrichtung vorgesehen sein, um die Abgabe des Schalterzustandssignals zu verzögern. In einem Speicher der Steuereinheit, etwa einem Nur-Lesespeicher oder einem Flash-Speicher kann die Verzögerungsdauer des Verzögerungsglieds hinterlegt sein. Die Verzögerungsdauer kann konfigurierbar oder programmierbar sein, etwa über ein Signal, das von der Kontrolleinheit abgegeben wird. Gleichermaßen kann der Empfang oder die Verarbeitung des Schalterzustandssignals innerhalb der zweiten Ansteuervorrichtung durch das dort vorliegende Verzögerungsglied verzögert werden. Schließlich kann zwischen dem Zustandsspeicher 164 und der zweiten Ansteuervorrichtung 120 ein Verzögerungsglied vorgesehen sein, um das Autorisierungssignal zu verzögern. Mit dem Bezugszeichen 113 sind verschiedene mögliche Orte des Verzögerungsglieds dargestellt, wobei vorzugsweise das Verzögerungsglied innerhalb der zweiten Ansteuervorrichtung vorgesehen ist und dem mit der zweiten Schaltvorrichtung 152 verbundenen Steuerausgang der zweiten Ansteuervorrichtung 120 unmittelbar vorgeschaltet ist. Das Verzögerungsglied verzögert insbesondere nur das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 und verzögert nicht oder nur in geringerem Maße das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152.
  • Die in 2 dargestellte Ausführungsform umfasst ferner ein DC/DC-Steuerungsmodul 172 und einen darin angeschlossenen und davon angesteuerten DC/DC-Wandler 170. Der DC/DC-Wandler 170 weist Leistungsanschlüsse auf, die mit dem zweiten Anschluss 142 und dem ersten Anschluss 141 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Stromlaufpfade zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss und dem DC/DC-Wandler 170 in 2 nicht dargestellt. Hinsichtlich des Orts des DC/DC-Wandlers 170 stellt die 2 eine Alternative zur Anordnung von 1 dar, wobei der DC/DC-Wandler Teil der Schaltungsanordnung sein kann (nicht dargestellt), oder extern zu der Schaltungsanordnung vorgesehen sein kann, wie es 2 darstellt. Jedoch ist der DC/DC-Wandler vorzugsweise Teil der erfindungsgemäßen Steuereinheit wie es in 1 schematisch dargestellt ist. Das DC/DC-Steuerungsmodul 172 ist eingerichtet, bei einem vorliegenden Autorisierungssignal (d. h. bei vorliegender Autorisierung), den Betrieb des einen zusätzlichen Aktivierungseingang aufweisen, so dass das DC/DC-Steuerungsmodul trotz vorliegendem Autorisierungssignal den Betrieb des DC/DC-Wandlers zulässt, wenn ein Aktivierungssignal vorliegt. Wenn das Autorisierungssignal vorliegt, kann die erste Schaltvorrichtung 150 geöffnet werden; gibt die erste Schaltvorrichtung 150 jedoch kein Öffnungssignal ab, kann die zweite Schaltvorrichtung 152 nicht geschlossen werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Schaltvorrichtung 150 nicht geöffnet werden kann, wenn kein Autorisierungssignal vorliegt. Das DC/DC-Steuerungsmodul 172 bleibt vorzugsweiseaktiv, wenn kein Autorisierungssignal vorliegt. Das DC/DC-Steuerungsmodul 172 wird vorzugsweise inaktiv, wenn ein Autorisierungssignal vorliegt. Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass das DC/DC-Steuerungsmodul aktiv bleibt, wenn ein Autorisierungssignal vorliegt. Die letztgenannte Möglichkeit kann mittels einer veränderbaren Konfiguration eingestellt und/oder ausgestellt werden. Ferner kann eingestellt werden, dass das DC/DC-Steuerungsmodul unabhängig von Schaltzuständen der Schaltvorrichtungen und/oder unabhängig von dem Autorisierungssignal aktiviert oder deaktiviert wird.
  • Das DC/DC-Steuerungsmodul 170 erhält das Autorisierungssignal insbesondere für einen Schaltungspunkt, der auch mit einem Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Der Schaltungspunkt ist dem Autorisierungssignalausgang 166 des Zustandsspeichers 164 nachgeschaltet oder entspricht diesem.
  • Die Eingänge 121 und 123 der zweiten Ansteuervorrichtung 120 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die zweite Ansteuervorrichtung 120 dann ein Signal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung abgibt, wenn an beiden Eingängen 121, 123 ein hoher Pegel (high level) oder ein anderer Pegel, der als Einschaltsignal dient, vorliegt. Dadurch kann in etwa bei Unterbrechung des Signalflusses die Schaltvorrichtung 152 nicht geschlossen werden, da bei einem offenen Eingang (floating) kein hoher Pegel (low level)vorliegt, der ein Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 durch die zweite Ansteuervorrichtung 120 verursachen würde.
  • Ein Pol A der in 2 dargestellten Schaltung kann dem Anschluss 141 zugeordnet werden, ein Pol C kann dem zweiten Anschluss 142 zugeordnet werden, ein Pol B kann dem dritten Anschluss 143 zugeordnet werden und ein Pol D kann der Masse der Schaltung zugeordnet werden.
  • Die 3a - 3c zeigen verschiedene Bordnetztopologien, in denen die hier beschriebene Steuereinheit eingesetzt werden kann. In den 3a - 3c sind unterschiedliche Anordnungen von Bordnetzzweigen und jeweils einer Steuereinheit dargestellt, wobei die Steuereinheit in den 3a - 3c durch ein gestricheltes Rechteck wiedergegeben ist.
  • Die Topologie der 3a entspricht der Topologie der 1 und 2. Ein erster Bordnetzzweig 210 umfasst als elektrischer Energiespeicher einen erster Leistungsspeicher 214 sowie einen dynamischen Verbraucher 212, dessen Betrieb zu Spannungseinbrüchen führen kann. Ein zweiter Bordnetzzweig 220 umfasst einen zweiter Leistungsspeicher 222 als elektrischer Energiespeicher sowie einen Verbraucher 224, der beispielsweise die Betriebsüberwachungselektronik des zweiter Leistungsspeichers 222 ist. Der Verbraucher 224 ist nur der Vollständigkeit halber wiedergegeben; der Strombedarf durch den Verbraucher 24 ist gegenüber dem Strombedarf des Verbrauchers 212 oder des Verbrauchers 234 vernachlässigbar. Der dritte Bordnetzzweig 230 umfasst einen Generator 232 sowie einen Verbraucher 234, der gegenüber Spannungseinbrüchen empfindlich ist, beispielsweise ein Verbraucher mit einer Minimal-Betriebsspannung.
  • Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit 240 verbindet diese Bordnetzzweige untereinander und weist daher drei Leistungsanschlüsse auf, um die jeweiligen positiven Potentiale der drei Bordnetzzweige 210 - 230 miteinander gesteuert zu verbinden. Im Normalfall verbindet die Steuereinheit 240 das erste Bordnetz 210 mit dem dritten Bordnetz 230. Über diese Verbindung erhält der erster Leistungsspeicher 214 (etwa ein Bleiakkumulator) elektrische Energie von dem Generator 232. Der erste und der dritte Bordnetzzweig bilden einen Bordnetzabschnitt, in dem gleichermaßen der potentiell störende Verbraucher 212 und der gegenüber Spannungseinbrüchen sensitive Verbraucher 234 miteinander verbunden sind. In diesem Fall erhält der Verbraucher 234 gleichermaßen von dem erster Leistungsspeicher 214 und von dem Generator 232 elektrische Energie. Erzeugt der Verbraucher 212 eine Störung, so trennt die Steuereinheit 240 den dritten Bordnetzzweig von dem ersten Bordnetzzweig 210. Um die entstehende Versorgungslücke zu schließen, wird der zweite Bordnetzzweig 220 zugeschaltet, insbesondere parallel zu dem dritten Bordnetzzweig 330.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist der Generator 232 nicht innerhalb des dritten, sondern innerhalb des ersten Bordnetzzweigs 210 vorgesehen, vgl. gestrichelte Linien. In diesem Fall wird bei Spannungseinbrüchen die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig 210, 230 von der Steuereinheit 240 getrennt und der Verbraucher 234 wird im Folgenden (nur) von dem zweiter Leistungsspeicher 222 versorgt.
  • Die in 3a dargestellte Topologie weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum ersten Bordnetzzweig 210, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum zweiten Bordnetzzweig 220, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum dritten Bordnetzzweig 230 sowie einen Pol D auf, der der Masse entspricht.
  • In der 3b ist eine weitere Bordnetztopologie dargestellt, in der die hier beschriebene Steuereinheit eingesetzt werden kann. Die 3b zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 340 verbindet einen zweiten Bordnetzzweig 320 mit einem ersten und einem dritten Bordnetzzweig 310 und 330. Der erste Bordnetzzweig umfasst einen Verbraucher in Form eines Startermotors 312 für einen Verbrennungsmotor sowie einen erster Leistungsspeicher 314 als elektrischer Energiespeicher. Der dritte Bordnetzzweig 330 umfasst einen Generator 332 und einen gegenüber Steuerungseinbrüchen sensiblen Verbraucher 334, etwa Bordelektronik. Während der Starter 312, der Generator 332 und der gegenüber Spannungseinbrüchen sensible Verbraucher 334 zusammengeschaltet sind, ist nur ein Anschluss des erster Leistungsspeichers 314 mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig 310, 330 verbunden, während ein weiterer Anschluss, insbesondere der Minuspol, der mit der Steuereinheit 340 verbunden ist.
  • Die Steuereinheit ist ferner mit Masse verbunden, wie es an der linken Seite der unteren Kante der Steuereinheit 340 dargestellt ist. Im Normalfall ist der erste Energiespeicher 314 direkt mit der Masse verbunden. Falls an der gegenüber den Spannungseinbrüchen empfindlichen Last 334 ein Spannungseinbruch auftritt, so verbindet die Steuereinheit 340 den ersten Leistungsspeicher 314 nicht mit Masse, sondern in Reihe mit dem zweiten Leistungsspeicher 322 des zweiten Bordnetzzweigs. Es ergibt sich durch die Reihenschaltung eine höhere Spannung, die sich aus der Spannung der beiden Energiespeicher 314 und 322 zusammensetzt. Mit dieser Spannung wird der gegenüber Spannungseinbrüchen empfindliche Verbraucher 334 sowie der Verbraucher 312 (in Form eines Startermotors) versorgt. Durch die zusätzliche Reihenschaltung mit dem zweiten Leistungsspeicher 322 wird der Spannungseinbruch zumindest teilweise kompensiert. Dadurch wird die Spannungsversorgung für den dritten Bordnetzzweig 330 gestützt, auch wenn der dritte Bordnetzzweig 330 mit dem ersten Bordnetzzweig 310 (teilweise) verbunden bleibt. Durch die Reihenschaltung mit dem zweiten Bornetzzweig bei kritischem Versorgungszustand wird der dritte Bordnetzzweig auf andere Weise mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden, als bei unkritischem Versorgungszustand.
  • Die Steuereinheit 340 kann einen zusätzlichen Anschluss 395 aufweisen, der mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist, wobei innerhalb der Steuereinheit ein DC/DC-Wandler (vgl. 1) vorgesehen ist, welcher diesen zusätzlichen Anschluss 395 mit dem zweiten Bordnetzzweig 320 verbindet. Über den DC/DC-Wandler kann Energie von dem ersten bzw. dritten Bordnetzzweig an den zweiten Bordnetzzweig 320 geliefert werden, üblicherweise im normalen Betriebsmodus, um den zweiter Leistungsspeicher 322 der zweiten Bordnetzzweigs 320 neu aufzuladen.
  • In der 3b (oder auch in der 3c) dient die Steuereinheit als Umschalter zwischen Masse und dem Pluspol des zweiten Bordnetzzweigs 320. Über die Steuereinheit 340 kann gewählt werden, ob der Minuspol des ersten Energiespeichers 314 direkt mit Masse, oder mit dem Pluspol des zweiten Bordnetzzweigs 320 verbunden wird. Durch diese Umschaltung wird erreicht, dass im Normalfall am ersten und dritten Bordnetzzweig die Spannung des Energiespeichers 314 anliegt und im Falle eines Spannungseinbruchs eine Spannung angelegt werden kann, die sich aus der Summe der Spannungen von Energiespeicher 314 und von Energiespeicher 322 ergibt.
  • Die in 3b dargestellte Topologie weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum ersten Bordnetzzweig 310, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum zweiten Bordnetzzweig 320, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum ersten Energiespeicher 314 sowie einen Pol D auf, der der Masse entspricht, insbesondere der Masse des zweiten Bordnetzzweigs 320. Die Steuereinheit 340 ist eingerichtet, den Pol B, d.h. den negativen Anschluss des ersten Energiespeichers 314, entweder mit Pol D (d.h. mit Masse) oder mit Pol C (d.h. dem positiven Anschluss des zweiten Energiespeichers 322) zu verbinden. Die letztgenannte Möglichkeit führt zur Reihenschaltung des ersten und des zweiten Energiespeichers, um mit der dadurch erhöhten Spannung die Bordnetze 310 und 330 versorgen zu können.
  • Die in 3c dargestellte Topologie umfasst einen ersten Bordnetzzweig 410 mit einem Verbraucher 412, etwa in Form eines Startermotors für einen Verbrennungsmotor, und einem erster Leistungsspeicher 414. Der Betrieb des Verbrauchers 412 kann zu Spannungseinbrüchen führen. Die in 3c dargestellte Topologie umfasst ferner einen dritten Bordnetzzweig 430 mit einem Generator 432 und einem gegenüber Spannungseinbrüchen empfindlichen Verbraucher 434. Ein zweiter Bordnetzzweig 420 umfasst einen zweiter Leistungsspeicher 422. Die Steuereinheit 440 verbindet dem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig 410, 420 und 430 miteinander. Im Normalfall, d. h. ohne Unterstützung durch den zweiten Bordnetzzweig 420, ist der erste Bordnetzzweig 410 direkt mit dem dritten Bordnetzzweig 430 verbunden. Falls Spannungseinbrüche im dritten Bordnetzzweig 430 insbesondere an dem Verbraucher 434 auftreten, wird die direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig getrennt und der dritte Bordnetzzweig wird in Serie mit dem dritten Bordnetzzweig 430 geschaltet. Zu dieser Reihenschaltung liegt der dritte Bordnetzzweig 430 parallel, so dass dieser die Summe aus den Spannungen des ersten und des zweiten Bordnetzzweigs erhält. Ein negativer Anschluss des Bordnetzzweigs 420 ist mit dem positiven Anschluss des Bordnetzzweigs 410 verbunden (damit sich die Spannungen addieren können) . Der positive Pol bzw. Anschluss des dritten Bordnetzzweigs ist über die zweite Schaltvorrichtung (vgl. 1 und 2) mit dem positiven Anschluss des dritten Bordnetzzweig 430 verbunden. Zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig ist in der Steuereinheit 440 die erste Schaltvorrichtung (vgl. 1 und 2) geschaltet.
  • Die in 3c dargestellte Topologie in Form eines Vierpols weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum ersten Bordnetzzweig 410, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum positiven Anschluss des zweiten Energiespeichers 422, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum dritten Bordnetzzweig 430 sowie einen Pol D auf, der dem negativen Anschluss des zweiten Energiespeichers 422 entspricht. Da der negative Anschluss des zweiten Energiespeichers 420 (d.h. der negative Anschluss des zweiten Bordnetzzweigs 420) mit dem ersten Bordnetzzweig fest verbunden ist, entspricht der erste Pol A dem Pol D, so dass diese zu einem gemeinsamen Pol zusammengefasst werden können. Es ergäbe sich bei Zusammenfassung des Pols A und des Pols D zu einem gemeinsamen Pol ein Dreipol.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 210, 310, 410
    erster Bordnetzzweig
    12, 212, 312, 412
    Verbraucher (Startermotor)
    14, 214, 314, 414
    erster Leistungsspeicher
    20, 220, 320, 420
    zweiter Bordnetzzweig
    22, 222, 322, 422
    zweiter Leistungsspeicher
    24, 224
    Verbraucher im zweiten Bordnetzzweig
    30, 230, 330, 430
    dritter Bordnetzzweig
    40, 240, 340, 440
    Steuereinheit
    41, 141
    erster Anschluss
    42, 142
    zweiter Anschluss
    43, 143
    dritter Anschluss
    50, 150
    erste Schaltvorrichtung
    50'
    Substratdiode
    52, 152
    zweite Schaltvorrichtung
    60
    Schaltungsanordnung innerhalb der erfindungsgemäßen Steuereinheit
    70, 170
    DC/DC-Wandler
    172
    DC/DC-Steuerungsmodul
    111
    Schalterzustandssignalausgang
    113
    Verzögerungsglied
    121
    Autorisierungssignaleingang
    123
    Schalterzustandssignaleingang
    162
    Komparator
    162'
    Vorgabe des Komparators
    163
    Logik
    164
    Zustandsspeicher
    165
    Freigabesignaleingang
    166
    Autorisierungssignalausgang
    167
    Steuersignalausgang
    80, 180
    Dateneingang
    182
    Analog/Digital-Wandler
    190
    Kontrolleinheit
    192
    Eingang für Betriebsparametersignale des Fahrzeugbordnetzes oder des Fahrzeugs
    395
    zusätzlicher Anschluss der Steuereinheit
    A-D
    Pole

Claims (15)

  1. Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige (10, 20, 30) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, wobei elektrische Leistung über eine erste Schaltvorrichtung (50) zwischen einem ersten Bordnetzzweig (10) und einem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein unkritischer Versorgungszustand in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt, und elektrische Leistung über eine zweite Schaltvorrichtung (52) zwischen einem zweiten Bordnetzzweig (20) und dem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein kritischer Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt; mit den Schritten: Überwachen des Versorgungszustands in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30); für den Fall, dass ein kritischer Versorgungszustand in dem ersten oder dritten (30) Bordnetzzweig auftritt: Trennen des ersten Bordnetzzweigs (10) vom dritten Bordnetzzweig (30) durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und, nachdem die erste Schaltvorrichtung (50) geöffnet ist, Verbinden des zweiten Bordnetzzweigs (20) mit dem dritten Bordnetzzweig (30) durch Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52), wobei die erste Schaltvorrichtung (10) von einer ersten Ansteuervorrichtung (110) angesteuert wird, und die zweite Schaltvorrichtung (52) von einer zweiten Ansteuervorrichtung (120) angesteuert wird, die ein Schalterzustandssignal von der ersten Ansteuervorrichtung (110) erhält, wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweite Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal eine offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und , wobei die erste Ansteuervorrichtung (110) über ein Schaltsignal angesteuert wird; das Schaltsignal von einem Zustandsspeicher (164) an die erste Ansteuervorrichtung (110) abgegeben wird; von dem Zustandsspeicher (164) ferner ein Autorisierungssignal an die zweite Ansteuervorrichtung (120) abgegeben wird; und die zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal die offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert, wobei der Zustandsspeicher (164) das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52) nur dann abgibt, wenn an dem Zustandsspeicher (164) ein Freigabesignalvorliegt, wobei das Freigabesignal in Form eines binären SET-Signals abgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustandsspeicher (164) das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52) nur dann abgibt, wenn an dem Zustandsspeicher (164) ein Freigabesignal von einer Kontrolleinheit vorliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Freigabesignal von einer Kontrolleinheit (190) abgegeben wird, die Kontrolleinheit (190) ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit mindestens einer vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenze vergleicht und nur bei Geschwindigkeiten, die die Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreiten, das Freigabesignal abgibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kontrolleinheit ferner: das für die zweite Ansteuervorrichtung (20) vorgesehene Schalterzustandssignal, mindestens einen Betriebsparameter oder einen Versorgungszustand des dritten Bordnetzes (30), ein Lastsignal, das einen Lastbetrieb in dem ersten Bordnetzzweig (10) wiedergibt, ein an die ersten Ansteuervorrichtung (110) und/oder ein an die zweite Ansteuervorrichtung (120) abgegebenes Schaltsignal erhält, und wobei die Kontrolleinheit (190) das Autorisierungssignal als ein SET-Signal abgibt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei der Versorgungszustand überwacht wird durch Vergleichen mindestens eines Betriebsparameters des ersten und/oder dritten Bordnetzes (10, 30) mit einer Normvorgabe (162') mittels eines Komparators (162), der als Vergleichsergebnis den Versorgungszustand ausgibt, vorzugsweise als binäres CLEAR-Signal, oder durch Auswerten eines Lastsignals, das einen Lastbetrieb in dem ersten und/oder dritten Bordnetzzweig (10, 30) wiedergibt, vorzugsweise in Form eines binären CLEAR-Signals, wobei im Rahmen des Überwachens als Betriebsparameter des ersten und/oder dritten Bordnetzzweigs (10, 30) eine Versorgungsspannung im ersten und/oder dritten Bordnetzzweig (10, 30) und/oder ein von dem ersten und/oder dritten Bordnetzzweig (30) weg oder hin führender Stromfluss mit der Normvorgabe (162') verglichen wird, und als Lastsignal insbesondere ein Einschaltsignal für einen Startermotor (12) innerhalb des ersten oder dritten Bordnetzzweigs (10, 30) ausgewertet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Überwachen durch Vergleichen mittels des Komparators (162) ausgeführt wird und der mindestens eine Betriebsparameter von mindestens einem analogen Signal wiedergegeben wird, wobei das mindestens eine analoge Signal in mindestens ein digitales Signal mittels eines Analog/Digital-Wandlers (182) gewandelt wird, wobei der Komparator (162) das mindestens eine digitale Signal, welches den mindestens einen Betriebsparameter wiedergibt, mit der Normvorgabe (162') vergleicht.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Komparator (162) mindestens zwei Betriebsparameter mit der Normvorgabe (162') vergleicht, der Komparator (162) für jeden Betriebsparameter ein Einzelvergleichsergebnis erzeugt, und der Komparator (162) ein Vergleichsergebnis abgibt, das einer logischen Kombination der Einzelvergleichsergebnisse entspricht, insbesondere einer logischen UND-Verknüpfung oder einen andere logische Verknüpfung der Einzelvergleichsergebnisse.
  8. Steuereinheit (40) zum gesteuerten Austausch elektrischer Leistung zwischen einem ersten, einem zweiten und einem dritten Bordnetzzweig (10; 20; 30) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, umfassend: eine erste Schaltvorrichtung (50), eine damit verbundene erste Ansteuervorrichtung (110) sowie eine zweite (52) Schaltvorrichtung und eine damit verbundene zweite Ansteuervorrichtung (120), sowie einen ersten, zweiten und dritten Anschluss (41; 42; 43), der zum Anschluss an den ersten, zweiten bzw. dritten Bordnetzzweig (10, 20, 30) eingerichtet sind, wobei die erste Schaltvorrichtung (50) zwischen dem ersten Anschluss (41) und dem dritten Anschluss (43) angeschlossen ist und die zweite Schaltvorrichtung (52) zwischen dem zweiten Anschluss (42) und dem dritten Anschluss (43) angeschlossen ist, wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) einen Schalterzustandseingang (123) aufweist, der mit einem Schalterzustandsausgang (111) der ersten Ansteuervorrichtung (110) verbunden ist, und die zweite Ansteuervorrichtung (120) eingerichtet ist, nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang (123) eine offene erste Schaltvorrichtung (110) signalisiert wird, wobei die erste Ansteuervorrichtung (110) eingerichtet ist, über ein Schaltsignal angesteuert zu werden; ein Zustandsspeicher (164) der Steuereinheit eingerichtet ist, das Schaltsignal an die erste Ansteuervorrichtung (110) abzugeben; der Zustandsspeicher (164) ferner eingerichtet ist, ein Autorisierungssignal an die zweite Ansteuervorrichtung (120) abzugeben; und die zweite Ansteuervorrichtung (120) eingerichtet ist, nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen anzusteuern, wenn das Schalterzustandssignal die offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert, wobei der Zustandsspeicher (164) eingerichtet ist, das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung (52) nur dann abzugeben, wenn an dem Zustandsspeicher (164) ein Freigabesignal in Form eines binären SET-Signals vorliegt.
  9. Steuereinheit (40) nach Anspruch 8, die ferner einen Komparator (162) aufweist, der mit einer Stromermittlungseinheit eingerichtet zur Erfassung eines Stroms durch die erste Schaltvorrichtung oder durch eine Verbraucher eines Bordnetzes und/oder mit einer Spannungsermittlungseinheit eingerichtet zur Erfassung der Spannung an dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist, vorzugsweise über einen Analog/Digital-Wandler (182) oder einen Pegelwandler der Steuereinheit, wobei der Komparator ferner mit einer Normvorgabe (162') verbunden und dadurch eingerichtet ist, den erfassten Strom und/oder die erfasste Spannung mit der Normvorgabe (162') zu vergleichen und als Ergebnis des Vergleichs einen Versorgungszustand an einem Ausgang des Komparators (162) auszugeben, oder wobei die Steuereinheit ferner eine Auswertungseinrichtung mit einem Eingang aufweist, die eingerichtet ist, ein an dem Eingang vorliegendes Lastsignal, welches den Lastzustand mindestens einer Komponente des dritten Bordnetzes wiedergibt, auszuwerten, um den Versorgungszustand an einem Ausgang der Auswertungseinrichtung auszugeben.
  10. Steuereinheit nach Anspruch 9, wobei der Zustandsspeicher (164) einen Eingang aufweist, welcher mit dem Ausgang des Komparators (162) oder der Auswertungseinrichtung verbunden ist, wobei der Eingang des Zustandsspeichers insbesondere als CLEAR-Eingang ausgebildet ist, wobei der Zustandsspeicher (164) einen ersten Ausgang (167) für ein Schaltsignal aufweist, der mit einem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung (110) zur Übermittlung eines Schaltsignals verbunden ist.
  11. Steuereinheit nach Anspruch 10, wobei der Zustandsspeicher (164) einen zweiten Ausgang (166) für das Autorisierungssignal aufweist, wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) einen Autorisierungseingang (121) aufweist, und der zweite Ausgang (166) mit dem Autorisierungseingang (121) der zweiten Ansteuervorrichtung (120) zur Signalisierung einer vorliegenden Autorisierung verbunden ist, und wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) eingerichtet ist, nur dann die zweite Schaltvorrichtung (52) zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang (123) die offene erste Schaltvorrichtung (110) signalisiert wird und an dem Autorisierungseingang (121) ein Autorisierungssignal vorliegt, das eine Autorisierung wiedergibt.
  12. Steuereinheit nach Anspruch 10 oder 11 mit einer Kontrolleinheit (190), die einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang (165) des Zustandsspeichers (164) zur Übermittlung eines Freigabesignals verbunden ist, wobei dieser Eingang (165) des Zustandsspeichers (164) vorzugsweise als SET-Eingang ausgebildet ist, wobei die Kontrolleinheit (190) ferner einen Eingang (192) aufweist, der mit einem Ausgang des Zustandsspeichers (164) zur Übermittlung mindestens eines in dem Zustandsspeicher (164) gespeicherten Zustandssignals verbunden ist.
  13. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8-12, die ferner ein DC/DC-Steuerungsmodul (172) und einen daran angeschlossenen DC/DC-Wandler (170) aufweist, wobei das DC/DC-Steuerungsmodul (172) einen Eingang aufweist, der mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, mit dem auch der Autorisierungseingang (121) der zweiten Ansteuervorrichtung (120) verbunden ist, wobei ferner das DC/DC-Steuerungsmodul (172) eingerichtet ist, den Betrieb des DC/DC-Wandlers (170) zu unterdrücken, wenn an dem Eingang des DC/DC-Steuerungsmoduls (172) kein Signal anliegt, das eine vorliegende Autorisierung wiedergibt, wobei der DC/DC-Wandler (170) zwischen dem ersten Bordnetzzweig (10) und dem zweiten Bordnetzzweig (20) angeschlossen ist.
  14. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8-13, wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das dem Schalterzustandseingang (123) oder dem Autorisierungseingang (121) nachgeschaltet ist und dadurch eingerichtet ist, das am Schalterzustandseingang (123) oder am Autorisierungseingang (121) vorliegende Signal zu verzögern, oder die zweite Ansteuervorrichtung (120) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das einem Ansteuerausgang, welcher mit die zweite Schaltvorrichtung (152) verbunden ist, vorgeschaltet ist, oder die erste Ansteuervorrichtung (110) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das dem Schalterzustandsausgang (111) der ersten Ansteuervorrichtung (110) vorgeschaltet ist.
  15. Fahrzeugbordnetz mit einer Steuereinheit (40) nach einem der Ansprüche 8-14, ferner umfassend den ersten Bordnetzzweig (10), der mit dem Anschluss (41) verbunden ist, den zweiten Bordnetzzweig (20), der mit dem zweiten Anschluss (42) verbunden ist, und den dritten Bordnetzzweig (30), der mit dem Anschluss(43) verbunden ist, wobei in dem ersten Bordnetzzweig (10) ein Verbrennungsmotorstarter (12) und vorzugsweise eine Starterbatterie (14), insbesondere ein Bleiakkumulator, vorgesehen ist, in dem zweiten Bordnetzzweig (20) ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher (22) vorgesehen ist, insbesondere ein Lithiumakkumulator oder eine Superkondensatoranordnung, und in dem dritten Bordnetzzweig (30) ein Generator (32) vorgesehen ist, der eine Antriebswelle geeignet zur Verbindung mit dem Abtrieb eines Verbrennungsmotors aufweist, und der dritte Bordnetzzweig (30) ferner einen Verbraucher (34) mit einer Minimal-Betriebsspannung, etwa eine Verbrennungsmotorsteuerung oder Bordelektronik, aufweist.
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