DE102013003586A1 - Electrical power supply system for motor car, has conductor path electrically connecting power supply unit with onboard network, and locking element comprising response time shorter than response time of fuse element - Google Patents

Electrical power supply system for motor car, has conductor path electrically connecting power supply unit with onboard network, and locking element comprising response time shorter than response time of fuse element Download PDF

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Abstract

The system (1) has an electrical conductor path (3) electrically connecting an electrical power supply unit (4) i.e. rechargeable battery, with an electrical onboard network (2) via an electrical fuse element (5) i.e. fuse. Another electrical conduction path (6) comprises an electric generator unit (7) electrically connected to the electrical onboard network via a switchable transistor element or a diode element. Response time (t2) of one of a set of electric locking elements (11a-11c) is shorter than response time (t1) of the electrical fuse element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen elektrischen Energieversorgungssystem.The present invention relates to an electric power supply system for a motor vehicle and a motor vehicle having such an electric power supply system.

Moderne elektrische Energieversorgungssysteme für Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise eine Vielzahl von Komponenten, die mittels eines elektrischen Bordnetzes elektrisch zusammenwirken. An das elektrische Bordnetz sind dabei üblicherweise eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern angeschlossen, die mittels einer ebenfalls mit dem elektrischen Bordnetz elektrisch verbundenen Energieversorgungseinheit in der Art einer aufladbaren Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden können. Zusätzlich umfasst ein solches elektrisches Energieversorgungssystem in der Regel eine Generatoreinheit zum Erzeugen von elektrischer Energie während eines Fahr- oder Rekuperationsbetriebs des Kraftfahrzeugs, so dass mittels der von der Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie die als aufladbare Batterie ausgebildete Energieversorgungseinheit elektrisch aufgeladen werden kann oder die an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher direkt mit elektrischer Energie versorgt werden können.Modern electrical energy supply systems for motor vehicles usually include a plurality of components which interact electrically by means of an electrical system. To the electrical system usually a plurality of electrical consumers are connected, which can be supplied by means of a likewise electrically connected to the electrical system power supply unit in the manner of a rechargeable battery with electrical energy. In addition, such an electrical energy supply system generally comprises a generator unit for generating electrical energy during a driving or recuperation operation of the motor vehicle, so that by means of the electrical energy generated by the generator unit, the energy supply unit designed as a rechargeable battery can be charged electrically or to the electrical system connected electrical consumers can be supplied directly with electrical energy.

Ein modernes elektrisches Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug ist in modernen Kraftfahrzeugen entsprechend komplex aufgebaut, so dass bei Fehlfunktionen innerhalb des elektrischen Energieversorgungssystems, beispielsweise in der Art von elektrischen Kurzschlüssen o. ä., die Gefahr der Beschädigung einzelner Komponenten des elektrischen Energieversorgungssystems bis hin zum völligen Ausfall einer oder mehrerer Komponenten bestehen kann.A modern electrical energy supply system for a motor vehicle is correspondingly complex in modern motor vehicles, so that in case of malfunction within the electrical energy supply system, for example in the form of electrical short circuits o. Ä., The risk of damage to individual components of the electrical energy supply system to the point of complete failure one or more components can exist.

Insbesondere kann eine Beschädigung der Generatoreinheit oder/und der aufladbaren Batterie, sowie eine Beschädigung in deren elektrischen Leitungspfad, dazu führen, dass im elektrischen Bordnetz keine elektrische Energie mehr zur Verfügung steht, was zu einem Spannungsabfall im elektrischen Bordnetz führen und somit zu einem Ausfall der an das elektrische Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher führen kann. Um den damit verbundenen Ausfall der an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher, insbesondere wenn es sich um sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten handelt, zu vermeiden, ist daher in Kraftfahrzeugen häufig eine redundante, zweite elektrische Energieversorgungseinheit in der Art einer zusätzlichen Batterie erforderlich, so dass beim fehlerbedingten Ausfall eigentlichen, primären Batterie noch eine weitere elektrische Energieversorgungseinheit zur Verfügung steht. Diese zusätzliche aufladbare Batterie dient also in der Art eines „Backups”, um insbesondere bestimmte, sicherheitskritische elektrische Verbraucher vor einem unerwünschten Bordnetz-Ausfall zu schützen. Eine solche sicherheitsrelevante Komponente kann beispielsweise eine Lenkunterstützung in einem Lastkraftwagen sein, da bei Ausfall einer solchen Lenkunterstützung die Handkraft des Fahrers des Lastkraftwagens nicht immer, da Fzg abhängig, ausreicht, um das Lastkraftfahrzeug weiter ohne Lenkunterstützung sicher zu lenken.In particular, damage to the generator unit and / or the rechargeable battery, as well as damage in their electrical conduction path, cause that in the electrical system electrical energy is no longer available, resulting in a voltage drop in the electrical system and thus to a failure of can lead to electrical loads connected to the electrical system. In order to avoid the associated failure of the electrical consumers connected to the vehicle electrical system, in particular when it comes to safety-relevant vehicle components, a redundant, second electrical power supply unit in the form of an additional battery is therefore often required in motor vehicles, so that the fault-related failure actual , primary battery still another electrical power unit is available. This additional rechargeable battery thus serves in the form of a "backup", in particular to protect certain, safety-critical electrical loads from unwanted electrical system failure. Such a safety-relevant component may be, for example, a steering assistance in a truck, since in case of failure of such steering assistance, the hand force of the driver of the truck is not always sufficient, as Fzg dependent enough to steer the truck further safely without steering assistance.

Herkömmliche elektrische Energieversorgungssysteme mit einer solchen „Backup-Batterie” weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie technisch relativ aufwändig und somit teuer und anfällig sind.However, conventional electrical power supply systems with such a "backup battery" have the disadvantage that they are technically relatively complex and thus expensive and prone.

Aus der EP 1 520 750 A1 ist ein Energiebordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Generator, einem ersten Energiespeicher, einem zweiten Energiespeicher und einer Vielzahl von an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern bekannt. Das Energiebordnetz weist eine steuerbare Lade- und Trenneinheit auf, über welche der zweite Energiespeicher an das Bordnetz angeschlossen ist. Die steuerbare Lade- und Trenneinheit weist Schaltmittel auf, über welche der zweite Energiespeicher mit dem Bordnetz verbindbar ist. Ein elektrisches Energiemanagement erzeugt Steuersignale für die Schaltmittel, welche Halbleiterschalter aufweisen. Zum Nachladen des zweiten Energiespeichers bringt das elektrische Energiemanagement die Schaltmittel in den geschlossenen Zustand.From the EP 1 520 750 A1 is an energy board network for a motor vehicle with a generator, a first energy storage, a second energy storage and a plurality of consumers connected to the electrical system known. The power cord network has a controllable charging and disconnecting unit, via which the second energy store is connected to the electrical system. The controllable charging and disconnecting unit has switching means via which the second energy store can be connected to the vehicle electrical system. An electrical energy management generates control signals for the switching means comprising semiconductor switches. For recharging the second energy storage, the electrical energy management brings the switching means in the closed state.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für ein elektrisches Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches sich insbesondere durch eine hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitig verringerten Herstellungskosten auszeichnet.The present invention addresses the problem of providing an improved embodiment of an electrical power supply system for a motor vehicle, which is characterized in particular by a high level of operational reliability with simultaneously reduced production costs.

Dieses Problem wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die elektrische Energieversorgungseinheit sowie die elektrische Generatoreinheit des elektrischen Energieversorgungssystems jeweils separat mittels eines elektrischen Sicherungselements bzw. mittels eines elektrischen Halbleiterschalters gegenüber Fehlfunktionen im Bordnetz, insbesondere in der Art eines elektrischen Kurzschlusses, bzw. einer Unterbrechung eines Leitungspfad, abzusichern.The invention is based on the general idea that the electrical energy supply unit and the electrical generator unit of the electrical energy supply system each separately by means of an electrical fuse element or by means of an electrical semiconductor switch against malfunction in the electrical system, in particular in the manner of an electrical short circuit, or an interruption of a conduction path, secure.

Hierzu umfasst das elektrische Energieversorgungssystem ein Bordnetz sowie einen ersten elektrischen Leitungspfad, welcher die elektrische Energieversorgungseinheit mittels eines ersten elektrischen Sicherungselements elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz verbindet. Das elektrische Sicherungselement kann dabei in der Art einer herkömmlichen elektrischen Sicherung ausgebildet sein, die im ersten elektrischen Leitungspfad angeordnet ist und bei Überschreitung eines vorbestimmten maximal zulässigen elektrischen Stroms den Stromfluss in den ersten elektrischen Leitungspfad unterbricht. Das erste Sicherungselement 5 dient nicht zum Schutz des Pfades 3 sondern zum Schutz des restlichen Bordnetzes. Bei Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses im Batteriepfad 3 wird somit vermieden, dass ein zu hoher elektrischer Kurzschlussstrom in den Batteriepfad fließt und auf diese Weise die Spannungsversorgung des gesamten Bordnetzes einbricht. Denn das Sicherungselement t1 muss so gewählt sein, dass es bei normaler Stromlast aus den Pfaden 9 nicht anspricht und dennoch im Kurzschlussfall über den Generatorstrom ausgelöst werden kann. Anstelle des Sicherungselementes t1 kann ein Mosfet oder Q-Diode verwendet werden, die einen Stromfluss aus der Batterie ins Bordnetz immer zulässt und nur bei Kurzschluss im Batteriepfad den Mosfet sperrt bzw. die Q-Diode in den Dioden-Modus schaltet. Da der Mosfet bzw. die Q-Diode im Normalbetrieb in beide Richtungen leitend geschaltet ist, kann die Batterie weiterhin geladen bzw. Rekuperationsströme und Spannungsschwankungen im Bordnetz von der Batterie gepuffert werden.For this purpose, the electrical energy supply system comprises a vehicle electrical system as well as a first electrical conduction path, which electrically connects the electrical energy supply unit by means of a first electrical fuse element electrical wiring system connects. The electrical fuse element may be formed in the manner of a conventional electrical fuse, which is arranged in the first electrical conduction path and interrupts the current flow in the first electrical conduction path when exceeding a predetermined maximum allowable electrical current. The first security element 5 does not protect the path 3 but to protect the rest of the electrical system. If an electrical short circuit occurs in the battery path 3 is thus avoided that too high an electrical short-circuit current flows in the battery path and thus breaks down the power supply of the entire electrical system. Because the fuse element t1 must be chosen so that it out of the paths at normal power load 9 does not respond and can still be triggered in the event of a short circuit via the generator current. Instead of the fuse element t1 a Mosfet or Q-diode can be used, which always allows a flow of current from the battery to the electrical system and only blocks the mosfet in case of a short circuit in the battery path or switches the Q-diode in the diode mode. Since the mosfet or the Q-diode in normal operation is turned on in both directions, the battery can continue to charge or buffered Rekuperationsströme and voltage fluctuations in the electrical system of the battery.

Entsprechend weist das elektrische Energieversorgungssystem einen zweiten elektrischen Leitungspfad auf, welcher die elektrische Generatoreinheit mittels eines Halbleiterschalters, insbesondere eines schaltbaren Transistorelements oder eines Diodenelements, elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz verbindet. Durch die Verwendung eines Halbleiterschalters anstelle eines weiteren elektrischen Sicherungselements – wie im ersten elektrischen Leitungspfad – wird sichergestellt, dass im Falle einer Fehlfunktion in der Art eines elektrischen Kurzschlusses o. ä., der sich im zweiten Leitungspfad einstellende Kurzschlussstrom aus dem ersten Pfad in den zweiten Pfad nicht das Sicherungselement aus dem ersten Pfad zuerst ansprechen lässt; denn in diesem Fall wären sowohl die elektrische Energieversorgungseinheit als auch die elektrische Generatoreinheit elektrisch vom Bordnetz getrennt, was einen Spannungsabfall im elektrischen Bordnetz und damit einen Ausfall der an das elektrische Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbraucher zur Folge haben würde. Alternativ kann hier unter Umständen auf Absicherung über eine Halbleiterschaltung verzichtet werden wenn der erste elektrische Leitungspfad mit dem elektrischen Energiespeicher bereits mittels einer Halbleiterschaltung abgesichert wird.Accordingly, the electrical energy supply system has a second electrical conduction path, which connects the electrical generator unit by means of a semiconductor switch, in particular a switchable transistor element or a diode element, electrically connected to the electrical system. By using a semiconductor switch instead of another electrical fuse element - as in the first electrical conduction path - ensures that in case of malfunction in the manner of an electrical short circuit o. Ä., Which adjusts in the second conduction path short-circuit current from the first path to the second Path does not make the fuse element from the first path first; because in this case, both the electrical power supply unit and the electric generator unit would be electrically disconnected from the electrical system, which would result in a voltage drop in the electrical system and thus a failure of the connected electrical system electrical consumers. Alternatively, under certain circumstances, it is possible here to dispense with protection via a semiconductor circuit when the first electrical conduction path with the electrical energy store is already protected by means of a semiconductor circuit.

Erfindungsgemäß weist nun das elektrische Energieversorgungssystem neben dem ersten und zweiten elektrischen Leitungspfad wenigstens einen dritten Leitungspfad auf, welcher jeweils einen elektrischen Verbraucher mittels des elektrischen Sicherungselements mit dem elektrischen Bordnetz verbindet. Die Erfindung sieht vor, dass für jede sicherheitsrelevante Funktion einen eigenen 3. Pfad gibt, sofern sie sich gegenseitig im Fehlerfalle absichern. Dabei sind die elektrischen Sicherungselemente im dritten Leitungspfad erfindungsgemäß derart ausgelegt, dass sie jeweils eine kürzere Ansprechzeit aufweisen als das erste elektrische Sicherungselement im ersten elektrischen Leitungspfad, welches die elektrische Energieversorgungseinheit elektrisch absichert.According to the invention, the electric power supply system now has, in addition to the first and second electrical conduction paths, at least one third conduction path, which in each case connects an electrical load to the electrical system via the electrical fuse element. The invention provides that for each safety-relevant function there is a separate 3rd path, provided that they protect each other in the event of an error. In this case, the electrical fuse elements in the third conduction path according to the invention are designed such that they each have a shorter response time than the first electrical fuse element in the first electrical conduction path, which electrically protects the electrical energy supply unit.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei Auftreten eines Kurzschlusses in dem wenigstens einen elektrischen Verbraucher zunächst dieser durch Ansprechen des elektrischen Sicherungselements in dem elektrischen Verbraucher zugeordneten jeweiligen dritten Leitungspfad nur der jeweilige, eine Störfunktion aufweisende elektrische Verbraucher vom Bordnetz elektrisch getrennt wird, nicht jedoch die elektrische Energieversorgungseinheit. Somit kann die Betriebssicherheit des gesamten elektrischen Energieversorgungssystems im Kraftfahrzeug erhöht werden, da bei Auftreten einer Fehlfunktion, insbesondere in der Art eines elektrischen Kurzschlusses, in einem bestimmten elektrischen Verbraucher durch Ansprechen des diesem Verbraucher zugeordneten elektrischen Sicherungselements sichergestellt wird, dass die weiteren elektrischen Verbraucher, die Generatoreinheit sowie die Energieversorgungseinheit der Fehlfunktion nicht betroffen sind. Ein elektrischer Kurzschluss, aber auch ein unerwünschter Kabelbruch im Bordnetz o. ä. führt somit nicht automatisch zum Ausfall des gesamten elektrischen Energieversorgungssystems.In this way, it is ensured that when a short circuit occurs in the at least one electrical consumer, initially only the respective electrical consumer having an interference function is electrically disconnected from the vehicle electrical system by the third electrical conduction path associated with the electric consumer in the electrical consumer, but not the latter electrical power unit. Thus, the reliability of the entire electrical energy supply system can be increased in the motor vehicle, as in case of malfunction, especially in the manner of an electrical short circuit, in a certain electrical load by responding to this consumer associated electrical fuse element ensures that the other electrical consumers who Generator unit and the power supply unit of the malfunction are not affected. An electrical short circuit, but also an unwanted cable break in the electrical system o. Ä. So does not automatically lead to failure of the entire electrical power system.

Durch Verwendung eines Halbleiterschalters anstelle eines herkömmlichen elektrischen Sicherungselements und durch die separate Anbindung von sicherheitsrelevanten Komponenten am EVT wird somit die Bereitstellung einer zusätzlichen elektrischen Energieversorgungseinheit in der Art einer „Backup”-Batterie überflüssig. Sobald ein im elektrischen Bordnetz aufgetretener elektrischer Kurzschluss oder eine andere Fehlfunktion behoben ist, steht die von der elektrischen Generatoreinheit bereitgestellte elektrische Energie bzw. die von der elektrischen Generatoreinheit erzeugte elektrische Generator-Ausgangsspannung im Bordnetz wieder zur Verfügung, so dass nur das elektrische Sicherungselement im ersten Leitungspfad gegen ein Ersatzteil ausgetauscht werden muss. Das erfindungsgemäße elektrische Energieversorgungssystem erlaubt also eine kostengünstige und dennoch betriebssichere Versorgung von verschiedenen elektrischen Verbrauchern, die Teil von verschiedenen Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs sein können, mit elektrischer Energie.By using a semiconductor switch instead of a conventional electrical fuse element and the separate connection of safety-related components to the EVT thus the provision of an additional electrical power unit in the manner of a "backup" battery is unnecessary. As soon as an electrical short circuit or other malfunction that has occurred in the electrical system has been rectified, the electrical energy provided by the electrical generator unit or the electrical generator output voltage generated by the electrical generator unit is again available in the electrical system, so that only the electrical fuse element in the first Line path must be replaced with a spare part. The electrical power supply system according to the invention thus allows a cost-effective, yet reliable power supply of various electrical consumers, which may be part of various vehicle components of a motor vehicle, with electrical energy.

Die Energieverteiler für Plus und Masse sind gegen internen Kurzschluss desginmäßig abzusichern und sicher vor Beschädigung am Fahrzeug zu platzieren. The power distributors for plus and earth must be desginally protected against internal short circuits and safely placed against damage to the vehicle.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann im elektrischen Leitungspfad eine Startereinheit zum Starten einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, welche mittels des ersten elektrischen Sicherungselements elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Startereinheit zum Starten der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs elektrisch parallel geschaltet zur Energieversorgungseinheit im ersten elektrischen Leitungspfad angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit der Startereinheit in dem elektrischen Energieversorgungssystem ebenfalls weiter verbessert werden.In a preferred embodiment, a starter unit for starting an internal combustion engine of the motor vehicle can be provided in the electrical line path, which is electrically connected by means of the first electrical fuse element with the electrical system. This means that the starter unit for starting the internal combustion engine of the motor vehicle is arranged electrically in parallel with the energy supply unit in the first electrical line path. In this way, the reliability of the starter unit in the electrical power system can also be further improved.

Besonders zweckmäßig kann der wenigstens eine elektrische Verbraucher ein Motorsteuergerät oder/und eine elektrische Lenkung für das Kraftfahrzeug umfassen. Sowohl für ein Motorsteuergerät als auch für eine elektrische Lenkung des Kraftfahrzeugs ist eine hohe Betriebssicherheit von elementarer Bedeutung, da bei Ausfall des Motorsteuergeräts oder/und der elektrischen Lenkung, beispielsweise aufgrund eines Fehlfunktion-bedingten elektrischen Spannungsabfalls im elektrischen Bordnetz, die elektrische Lenkung des Kraftfahrzeug von dessen Fahrer nicht mehr sicher gesteuert werden kann.Particularly expedient, the at least one electrical load may include an engine control unit and / or an electric steering system for the motor vehicle. Both for an engine control unit as well as for an electric steering of the motor vehicle, a high level of operational reliability of elementary importance, as in case of failure of the engine control unit and / or electric steering, for example due to a malfunction-related electrical voltage drop in the electrical system, the electric steering of the motor vehicle whose driver can no longer be controlled safely.

In einer technisch besonders einfach zu realisierenden und kostengünstigen Ausführungsform kann der Halbleiterschalter einen MOSFET oder eine Q-Diode umfassen. Auf diese Weise können herkömmliche Bauelemente zur Realisierung des Schutzschalters in der Art eines Halbleiterschalters verwendet werden.In a particularly easy to implement and cost-effective embodiment, the semiconductor switch may comprise a MOSFET or a Q-diode. In this way, conventional components for realizing the circuit breaker such as a semiconductor switch can be used.

Vorzugsweise sind die elektrischen Sicherungselemente als Schmelzsicherungen ausgebildet. Da solche Schmelzsicherungen kommerziell in großen Mengen kostengünstig verfügbar sind, können durch die Verwendung von solchen Schmelzsicherungen die Herstellungskosten des elektrischen Energieversorgungssystems gesenkt werden.Preferably, the electrical fuse elements are designed as fuses. Since such fuses are commercially available in large quantities at low cost, the use of such fuses can reduce the manufacturing cost of the electrical power system.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer den wenigstens einen elektrischen Verbraucher umfassenden Fahrzeugkomponente sowie mit einem elektrischen Energieversorgungssystem mit einem oder mehreren der vorhergehend genannten Merkmale.The present invention also relates to a motor vehicle having a vehicle component comprising the at least one electrical load and to an electrical power supply system having one or more of the aforementioned features.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem in der Art eines schematischen Blockschaltbilds dargestellt und mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das elektrische Energieversorgungssystem 1 umfasst ein elektrisches Bordnetz 2, welches in der 1 stark vereinfacht in der Art einer einfachen elektrischen Verbindungsleitung dargestellt ist. Es ist klar, dass das elektrische Bordnetz 2 in einem Kraftfahrzeug eine Vielzahl von elektrischen Leitungen aufweisen und entsprechend komplex ausgebildet sein kann. Das elektrische Energieversorgungssystem 1 umfasst des Weiteren einen ersten elektrischen Leitungspfad 3, welcher eine elektrische Energieversorgungseinheit 4 mittels eines ersten elektrischen Sicherungselements 5 elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz 2 verbindet. Die elektrische Energieversorgungseinheit 4 kann als wiederaufladbare Batterie ausgebildet sein.In the 1 a power supply system according to the invention is shown in the form of a schematic block diagram and with the reference numeral 1 designated. The electrical energy supply system 1 includes an electrical system 2 which is in the 1 is shown greatly simplified in the manner of a simple electrical connection line. It is clear that the electrical wiring system 2 in a motor vehicle having a plurality of electrical lines and can be designed correspondingly complex. The electrical energy supply system 1 further includes a first electrical conduction path 3 which is an electrical energy supply unit 4 by means of a first electrical fuse element 5 electrically with the electrical system 2 combines. The electrical energy supply unit 4 can be designed as a rechargeable battery.

Das erste elektrische Sicherungselement 5 kann als herkömmliche Schmelzsicherung mit einer Ansprechzeit t1 ausgebildet sein, die bei Überschreitung eines vorbestimmten maximal zulässigen elektrischen Stroms den Stromfluss durch den ersten elektrischen Leitungspfad 3 unterbricht. Das erste Sicherungselement 5 dient zum Schutz des restlichen Bordnetzes.The first electrical fuse element 5 can be designed as a conventional fuse with a response time t 1 , the current flow through the first electrical conduction path when exceeding a predetermined maximum allowable electrical current 3 interrupts. The first security element 5 serves to protect the rest of the electrical system.

Des Weiteren umfasst das elektrische Energieversorgungssystem 1 einen zweiten elektrischen Leitungspfad 6, welcher eine elektrische Generatoreinheit 7 mittels eines Halbleiterschalters 8 elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz 2 verbindet. Der Halbleiterschalter 8 kann in der Art eines schaltbaren Transistorelements oder eines Diodenelements ausgebildet sein. Insbesondere kann der Halbleiterschalter 8 ein MOSFET oder eine Q-Diode sein.Furthermore, the electrical energy supply system comprises 1 a second electrical conduction path 6 which is an electric generator unit 7 by means of a semiconductor switch 8th electrically with the electrical system 2 combines. The semiconductor switch 8th may be formed in the manner of a switchable transistor element or a diode element. In particular, the semiconductor switch 8th a MOSFET or a Q-diode.

Im elektrischen Energieversorgungssystem 1 gemäß der 1 sind exemplarisch drei dritte elektrische Leitungspfade 9a, 9b, 9c gezeigt, welche jeweils einen elektrischen Verbraucher 10a, 10b, 10c mittels eines jeweiligen zweiten elektrischen Sicherungselements 11a, 11b, 11c mit dem elektrischen Bordnetz 2 verbinden. Es sollte noch erwähnt werden, dass die sicherheitsrelevanten Komponenten z. B. hier Motorsteuergerät elektrische Lenkung einen separaten dritten Leitungspfad bekommen, bzw. nach dem Sicherheitskonzept auf die dritten Leitungspfade aufgeteilt werden. Selbstverständlich kann in Varianten auch eine andere Anzahl an dritten elektrischen Leitungspfaden mit entsprechenden Sicherungselementen und elektrischen Verbrauchern vorgesehen sein. Die zweiten elektrischen Sicherungselemente 11a, 11b, 11c weisen jeweils eine Ansprechzeit t2 auf, die kleiner ist als die Ansprechzeit t1 des ersten elektrischen Sicherungselements 5.In the electric energy supply system 1 according to the 1 are exemplary three third electrical conduction paths 9a . 9b . 9c shown, which each have an electrical load 10a . 10b . 10c by means of a respective second electrical fuse element 11a . 11b . 11c with the electrical system 2 connect. It should be mentioned that the safety-relevant components z. B. here engine control unit electric steering get a separate third line path, or according to the security concept on the be divided third line paths. Of course, a different number of third electrical conduction paths with corresponding fuse elements and electrical consumers can be provided in variants. The second electrical security elements 11a . 11b . 11c each have a response time t 2 , which is smaller than the response time t 1 of the first electrical fuse element 5 ,

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses beispielsweise im elektrischen Verbraucher 10a bzw. dem dritten elektrischen Leitungspfad 9a, in welchem dieser elektrische Verbraucher 10a angeordnet ist, durch Ansprechen des diesem elektrischen Verbraucher 10a zugeordneten zweiten elektrischen Sicherungselements 11a nur der Verbraucher 10a elektrisch vom Bordnetz 2 getrennt wird, wohingegen die verbleibenden elektrischen Verbraucher 10b, 10c elektrisch mit dem Bordnetz 2 verbunden bleiben und folglich von der Störung/Fehlfunktion im dritten elektrischen Leitungspfad 9a nicht betroffen sind. Entsprechendes gilt selbstverständlich im Falle einer Störfunktion in den dritten elektrischen Leitungspfaden 9b, 9c.In this way it is ensured that when an electrical short circuit occurs, for example in the electrical consumer 10a or the third electrical conduction path 9a in which this electrical consumer 10a is arranged by responding to this electrical load 10a associated second electrical fuse element 11a only the consumer 10a electrically from the electrical system 2 is separated, whereas the remaining electrical consumers 10b . 10c electrically with the electrical system 2 remain connected and consequently from the fault / malfunction in the third electrical conduction path 9a are not affected. The same applies, of course, in the case of a disturbance function in the third electrical conduction paths 9b . 9c ,

Somit kann die Betriebssicherheit des gesamten elektrischen Energieversorgungssystems 1 im Kraftfahrzeug erhöht werden, da bei Auftreten einer Fehlfunktion, insbesondere in der Art eines elektrischen Kurzschlusses, in einem bestimmten elektrischen Verbraucher 10a, 10b, 10c durch Auslösen der diesem elektrischen Verbraucher zugeordneten elektrischen Sicherungselemente 11a, 11b, 11c sichergestellt wird, dass die weiteren elektrischen Verbraucher 10a, 10b, 10c, die Generatoreinheit 7 sowie die Energieversorgungseinheit 4a, 4b, 4c von der Störung/Fehlfunktion nicht betroffen sind; ein elektrischer Kurzschluss, aber auch ein unerwünschter Kabelbruch im Bordnetz 2 o. ä., führt somit nicht automatisch zum Ausfall des gesamten elektrischen Energieversorgungssystems 1.Thus, the reliability of the entire electrical power supply system 1 in the motor vehicle can be increased, since when a malfunction occurs, in particular in the manner of an electrical short circuit, in a particular electrical load 10a . 10b . 10c by triggering the electrical fuse associated with this electrical load 11a . 11b . 11c it is ensured that the other electrical consumers 10a . 10b . 10c , the generator unit 7 as well as the power supply unit 4a . 4b . 4c are not affected by the malfunction / malfunction; an electrical short circuit, but also an unwanted cable break in the electrical system 2 o. Ä., Thus does not automatically lead to the failure of the entire electrical power system 1 ,

Durch die Verwendung eines Halbleiterschalters 8 anstelle eines herkömmlichen elektrischen Sicherungselements in der Art einer Schmelzsicherung und durch die separate Anbindung sicherheitsrelevanter Komponenten am EVT wird die Bereitstellung einer zusätzlichen elektrischen Energieversorgungseinheit in der Art einer „Backup”-Batterie überflüssig. Sobald der Kurzschluss im elektrischen Bordnetz 2 oder eine andere Fehlfunktion behoben ist, steht die von der elektrischen Generatoreinheit 7 bereitgestellte elektrische Energie bzw. die von der elektrischen Generatoreinheit 7 erzeugte elektrische Generator-Ausgangsspannung im Bordnetz 2 wieder zur Verfügung, so dass nur das elektrische Sicherungselement 5 im ersten Leitungspfad 3 gegen ein Ersatzteil ausgetauscht werden müssten. Das erfindungsgemäße elektrische Energieversorgungssystem 1 erlaubt also eine kostengünstige und dennoch betriebssichere Versorgung von verschiedenen elektrischen Verbrauchern 10a, 10b, 10c, die wiederum Teil verschiedener Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs sein können, mit elektrischer Energie.By using a semiconductor switch 8th instead of a conventional electrical fuse element in the manner of a fuse and the separate connection of safety-related components to the EVT, the provision of an additional electrical power supply unit in the manner of a "backup" battery is unnecessary. Once the short circuit in the electrical system 2 or another malfunction is fixed, that stands by the electric generator unit 7 provided electrical energy or that of the electric generator unit 7 generated electrical generator output voltage in the electrical system 2 again available, leaving only the electrical fuse 5 in the first line path 3 would have to be exchanged for a replacement part. The electrical energy supply system according to the invention 1 So allows a cost-effective, yet reliable supply of various electrical consumers 10a . 10b . 10c , which in turn may be part of various vehicle components of a motor vehicle, with electrical energy.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1520750 A1 [0006] EP 1520750 A1 [0006]

Claims (6)

Elektrisches Energieversorgungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug, – mit einem elektrischen Bordnetz (2), – mit einem ersten elektrischen Leitungspfad (3), welcher eine elektrische Energieversorgungseinheit (4) mittels eines erste elektrischen Sicherungselements (5) elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz (2) verbindet, – mit einem zweiten elektrischen Leitungspfad (6), welcher eine elektrische Generatoreinheit (7) mittels eines Halbleiterschalters (8), insbesondere eines schaltbaren Transistorelements oder eines Diodenelements, elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz (2) verbindet, – mit wenigstens einem dritten Leitungspfad (9a, 9b, 9c), welcher jeweils einen elektrischen Verbraucher (10a, 10b, 10c) mittels eines zweiten elektrischen Sicherungselements (11a, 11b, 11c) mit dem elektrischen Bordnetz (2) verbindet, – wobei das jeweilige zweite elektrische Sicherungselement (11a, 11b, 11c) jeweils eine kürzere Ansprechzeit (t2) aufweist als das erste elektrische Sicherungselement (t1).Electric power supply system ( 1 ) for a motor vehicle, - with an electrical system ( 2 ), - with a first electrical conduction path ( 3 ), which has an electrical power supply unit ( 4 ) by means of a first electrical fuse element ( 5 ) electrically connected to the electrical system ( 2 ), - with a second electrical conduction path ( 6 ), which is an electrical generator unit ( 7 ) by means of a semiconductor switch ( 8th ), in particular a switchable transistor element or a diode element, electrically connected to the electrical system ( 2 ), with at least one third conduction path ( 9a . 9b . 9c ), each of which is an electrical consumer ( 10a . 10b . 10c ) by means of a second electrical fuse element ( 11a . 11b . 11c ) with the electrical system ( 2 ), - wherein the respective second electrical fuse element ( 11a . 11b . 11c ) each have a shorter response time (t 2 ) than the first electrical fuse element (t 1 ). Elektrisches Energieversorgungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten elektrischen Leitungspfad (3) eine Startereinheit (12) zum Starten einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, welche mittels des ersten elektrischen Sicherungselements (5) elektrisch mit dem elektrischen Bordnetz (2) verbunden ist.Electric power supply system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the first electrical conduction path ( 3 ) a starter unit ( 12 ) is provided for starting an internal combustion engine of the motor vehicle, which by means of the first electrical fuse element ( 5 ) electrically connected to the electrical system ( 2 ) connected is. Elektrisches Energieversorgungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Verbraucher (10a, 10b, 10c) ein Motorsteuergerät oder/und eine elektrische Lenkung für das Kraftfahrzeug umfasst.Electric power supply system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one electrical consumer ( 10a . 10b . 10c ) comprises an engine control unit and / or an electric steering for the motor vehicle. Elektrisches Energieversorgungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (8) einen MOSFET oder eine Q-Diode umfasst.Electric power supply system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor switch ( 8th ) comprises a MOSFET or a Q-diode. Elektrisches Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Sicherungselemente (5, 9a, 9b, 9c) als Schmelzsicherungen ausgebildet sind.Electric power supply system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical security elements ( 5 . 9a . 9b . 9c ) are designed as fuses. Kraftfahrzeug, – mit einer den wenigstens einen elektrischen Verbraucher (10a, 10b, 10c) umfassenden Fahrzeugkomponente, – mit einem elektrischen Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle, - with at least one electrical consumer ( 10a . 10b . 10c ) comprehensive vehicle component, - with an electrical energy supply system ( 1 ) according to any one of the preceding claims.
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