-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Versorgen eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie.
-
Stand der Technik
-
Ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs kann in mehrere Teilbordnetze unterteilt sein, für die unterschiedliche elektrische Spannungen vorgesehen sind. Falls ein Kraftfahrzeug einen Elektromotor umfasst, ist dieser mit einem Teilbordnetz verbunden, das mit einer elektrischen Spannung mit einem hohen Wert betrieben wird, wohingegen ein weiteres Teilbordnetz, das mit einer elektrischen Spannung mit einem niedrigen Wert betrieben wird, zur Versorgung von kleinen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie verwendet wird.
-
Die Druckschrift
DE 197 55 050 C2 beschreibt eine Einrichtung zur Energieversorgung in einem Mehrspannungs-Fahrzeugbordnetz für wenigstens zwei elektrisch betätigbare Fahrzeugbremsen, die mit wenigstens zwei von einem Generator aufladbaren Spannungsspeichern über ein Entkoppelelement in Verbindung stehen, wobei eine der elektrisch betätigbaren Fahrzeugbremsen an den Generator und/oder an den mit dem Generator direkt verbundenen Spannungsspeicher angeschlossen ist und die andere elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse mit dem anderen Spannungsspeicher in Verbindung steht, der über einen Spannungswandler mit dem Generator in Verbindung steht, wobei die Spannungen der beiden Spannungsspeicher unterschiedlich hoch sind.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden eine Anordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen der Anordnung und des Verfahrens sowie daraus resultierende Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
-
Die Anordnung umfasst mindestens eine Reservebatterie, die einem Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, das zwei Teilenergiebordnetze aufweist. Dabei können die Teilbordnetze in Ausgestaltung unterschiedliche Spannungen aufweisen. In diesem Fall ist das Energiebordnetz als sog. Zweispannungsbordnetz ausgebildet. Es ist in einer alternativen Ausgestaltung jedoch auch möglich, dass beide Teilenergiebordnetze dieselbe Spannung aufweisen.
-
Dabei ist die mindestens eine Reservebatterie als Langzeitenergiespeicher ausgebildet, die bei einem normalen Betrieb des Energiebordnetzes, wenn Werte von Betriebsparametern des Energiebordnetzes höchstens um vorgesehene Toleranzwerte von vorgesehenen Schwellwerten abweichen, ausgeschaltet und somit passiv ist. Die mindestens eine Reservebatterie wird bei Ausfall einer Energieversorgung für das mindestens eine Teilenergiebordnetz aktiviert. Durch diese Maßnahme wird für eine begrenzte Zeit die Möglichkeit eröffnet, das Kraftfahrzeug in einen sicheren Betriebszustand zu überführen.
-
Bei einem bspw. als Zweispannungsbordnetz ausgebildeten Energiebordnetz mit einem ersten Teilenergiebordnetz, das eine Spannung mit einem hohen Wert aufweist, und einem zweiten Teilenergiebordnetz, das eine Spannung mit einem niedrigen Wert aufweist, weist üblicherweise jedes dieser Teilenergiebordnetze und somit das gesamte Energiebordnetz sowohl auf einer Hochspannungsseite als auch auf einer Niederspannungsseite jeweils zumindest einen üblicherweise als Batterie ausgebildeten Energiespeicher zur Stabilisierung des jeweiligen Teilbordnetzes auf. Entfällt eine bereitzustellende Energieversorgung, kann sich eine Batterie für eines der Teilenergiebordnetze in einem ungünstigen Fall in einem Ladezustand befinden, der nicht ausreicht, die sicherheitsrelevanten Verbraucher des Teilenergiebordnetzes so lange zu versorgen, bis das Kraftahrzeug in einen sicheren Zustand gebracht wurde. Hier kann die mindestens eine ansonsten passive Reservebatterie aktiviert werden. Diese mindestens eine Reservebatterie als elektrischer Energiespeicher weist eine sehr geringe Selbstentladung auf, benötigt wenig Platz und ist zudem kostengünstig.
-
In Ausgestaltung ist die mindestens eine Reservebatterie als Metall-Luft-Batterie, z. B. Zn-Luft, Mg-Luft usw. ausgebildet. Eine derartige Metall-Luft-Batterie ist im versiegelten Zustand sehr lange lagerfähig. Bei einer Durchführung des Verfahrens wird die als Metall-Luft-Batterie ausgebildete Reservebatterie im Bedarfsfall durch Zufuhr von Sauerstoff, in der Regel durch Zufuhr von Luft, die Sauerstoff enthält, aktiviert. Ausgangsstoffe zum Herstellen einer derartigen Metall-Luft-Batterie sind kostengünstig. Kleinbauende Metall-Luft-Batterien werden z. B. in Hörgeräten eingesetzt und sind nach Gebrauch leicht zu recyceln.
-
Hat eine Netzbatterie in einem der Teilenergiebordnetze einen Kurzschluss, wird die zunächst noch passive Reservebatterie durch Zufuhr von Luft aktiviert. Außerdem kann die defekte Netzbatterie vom Energiebordnetz getrennt werden. Somit wird das Energiebordnetz mit Hilfe der Reservebatterie gepuffert.
-
Weiterhin sind unterschiedliche Ausgestaltungen der Anordnung möglich, wobei in mindestens einem Teilenergiebordnetz mindestens eine Reservebatterie anzuordnen ist.
-
So ist bei einer denkbaren Topologie möglich, eine Reservebatterie auf der Seite des Energiebordnetzes und demnach in jenem Teilenergiebordnetz zu installieren, in dem für eine Sicherheit des Kraftfahrzeugs relevante Verbraucher angeordnet sind.
-
Üblicherweise sind zwei Teilenergiebordnetze durch ein geeignetes elektronisches Kopplungsmodul als Bindeglied, z. B. einen DC/DC-Wandler und somit einen Gleichspannungswandler bzw. Gleichstromwandler, miteinander verbunden, mit dem zwischen den Teilenergiebordnetzen elektrische Energie zu übertragen ist. Somit kann elektrische Energie, die von einer Reservebatterie in einem Teilenergiebordnetz nach deren Aktivierung bereitzustellen ist, über den Gleichspannungswandler in das andere Teilenergiebordnetz übertragen werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung kann in jedem Teilenergiebordnetz, bspw. in einem Hochspannungs-Teilenergiebordnetz oder einem Niederspannungs-Teilenergiebordnetz, jeweils eine Reservebatterie angeordnet sein, wobei eine Spannung der jeweiligen Reservebatterie einer Spannung des jeweiligen Teilenergiebordnetzes entspricht. In diesem Fall weist das Hochspannungs-Teilenergiebordnetz eine Hochspannungs-Variante der Reservebatterie und ein Niederspannungs-Teilenergiebordnetz eine Niederspannungs-Variante der Reservebatterie auf.
-
Eine weitere Ausgestaltung eines elektronischen Kopplungsmoduls zwischen zwei Teilenergiebordnetzen ist eine gesplittete bzw. geteilte Elektromaschine, die als gesplitteter bzw. geteilter Generator oder als gesplitteter bzw. geteilter Elektromotor betrieben werden kann. Dabei ist ein erster Ausgang bzw. eine erste Teil-Elektromaschine der geteilten Elektromaschine, wenn diese bspw. als erster Teil-Generator oder Teil-Elektromotor betrieben wird, in einem ersten Teilenergiebordnetz angeordnet, wohingegen eine zweite Teil-Elektromaschine bzw. ein zweiter Ausgang der geteilten Elektromaschine, wenn diese bspw. als zweiter Teil-Generator oder zweiter Teil-Elektromotor betrieben wird, in einem zweiten Teilenergiebordnetz angeordnet ist, wobei die beiden Teilenergiebordnetze über die geteilte Elektromaschine miteinander verbunden sind.
-
Dabei ist mit der ersten Teil-Elektromaschine, die in dem Hochspannungs-Teilenergiebordnetz angeordnet ist, wenn diese als erster Teil-Generator betrieben wird, diesem Hochspannungs-Teilenergiebordnetz eine hohe Spannung bereitzustellen, wohingegen mit der zweiten Teil-Elektromaschine, die in dem Niederspannungs-Teilenergiebordnetz angeordnet ist, wenn diese als zweiter Teil-Generator betrieben wird, diesem Niederspannungs-Teilenergiebordnetz eine niedrige Spannung bereitzustellen ist. Üblicherweise weist die erste Teil-Elektromaschine eine erste Wicklung mit einer ersten Anzahl von Windungen und die zweite Teil-Elektromaschine eine zweite Wicklung mit einer zweiten Anzahl von Windungen auf. Sofern die geteilte Elektromaschine als geteilter Generator betrieben wird, wird von jedem Teil-Generator, dessen Wicklung eine höhere Anzahl an Windungen aufweist, eine höhere Spannung als von dem anderen Teil-Generator bereitgestellt, dessen Wicklung eine geringere Anzahl an Windungen aufweist.
-
Auch in diesem Fall kann unabhängig von einer konkreten Ausbildung des elektronischen Kopplungsmoduls als Bindeglied entweder nur in dem Hochspannungs-Teilenergiebordnetz bzw. einer Hochspannungsseite des Energiebordnetzes oder nur in dem Niederspannungs-Teilenergiebordnetz bzw. einer Niederspannungsseite des Energiebordnetzes eine Reservebatterie angeordnet sein. Allerdings kann auch in zwei Teilenergiebordnetzen, die durch eine geteilte Elektromaschine als Kopplungsmodul verbunden sind, jeweils eine Reservebatterie angeordnet sein.
-
Die Anordnung sowie das Verfahren sind für Kraftfahrzeuge mit zwei unterschiedlichen Teilenergiebordnetzen, die elektrische Spannungen mit unterschiedlichen Werten aufweisen, einsetzbar. Dies betrifft u. a. ein Kraftfahrzeug, das zum Antreiben einen Elektromotor aufweist und als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist. In diesem Fall ist die zum Antreiben des Kraftfahrzeugs vorgesehene Elektromaschine, die in Ausgestaltung auch als Teil-Elektromaschine ausgebildet sein kann, mit dem Hochspannungs-Teilenergiebordnetz verbunden und durch dieses, wenn die Elektromaschine in einer Betriebssituation des Kraftfahrzeugs als Elektromotor betrieben wird, mit elektrischer Energie zu versorgen.
-
Über jede zu realisierende Topologie des vorgesehenen Energiebordnetzes des Kraftfahrzeugs, wobei das Energiebordnetz unterschiedliche Spannungslagen aufweist, können mit der mindestens einen vorgesehenen Reservebatterie u. a. auch sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.
-
Ferner sind die Anordnung und das Verfahren für ein Energiebordnetz, mit dem unterschiedliche Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen sind, geeignet. Dies betrifft bspw. die Versorgung von elektrisch angetriebenen Aggregaten und von Assistenzsystemen, die in Kraftfahrzeugen vermehrt zum Einsatz kommen. Dies betrifft auch Assistenzsysteme zum Realisieren eines autonomen Fahrens, durch deren Einsatz von einem Fahrzeuglenker in eingeschränktem Maße fahrfremde Tätigkeiten ausgeführt werden können. Gerade für derartige Systeme zum autonomen Fahren sind Anforderungen an eine Zuverlässigkeit einer Bereitstellung elektrischer Energie im Kraftfahrzeug hoch.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und sich daraus ergebende Vorteile gehen aus den beiliegenden Figuren hervor, anhand derer die Erfindung schematisch und ausführlich beschrieben ist.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
3 zeigt in schematischer Darstellung ein drittes Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
4 zeigt in schematischer Darstellung ein viertes Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
5 zeigt in schematischer Darstellung ein fünftes Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
6 zeigt in schematischer Darstellung ein sechstes Beispiel eines Energiebordnetzes für ein Kraftfahrzeug mit einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Komponenten, die in allen vorgestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 sowie in den vorgestellten Beispielen für das Energiebordnetz 14, 16, 18, 20, 22, 24 identisch ausgebildet sind, sind in den 1, 2, 3, 4, 5 und 6 zur schematischen Darstellung der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 sowie der Beispiele für das Energiebordnetz 14, 16, 18, 20, 22, 24 dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
-
Das in 1 gezeigte erste Beispiel des Energiebordnetzes 14 umfasst ein erstes Teilenergiebordnetz 26 mit einer Hauptleitung 27 und ein zweites Teilenergiebordnetz 28 mit einer Hauptleitung 29, wobei die Hauptleitungen 27, 29 und somit die beiden Teilenergiebordnetze 26, 28 hier über einen Gleichspannungswandler 30 als elektronisches Kopplungsmodul miteinander verbunden sind. Dabei weist das erste Teilenergiebordnetz 26 eine erste, hier hohe elektrische Spannung von 48 V und das zweite Teilenergiebordnetz 28 eine im Vergleich zum ersten Teilenergiebordnetz 28 zweite, hier niedrige Spannung von 14 V auf.
-
Außerdem umfasst das erste Teilenergiebordnetz 26 mehrere zueinander parallel geschaltete und mit der Hauptleitung 27 verbundene Komponenten, nämlich eine Elektromaschine 32, die je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs als Generator oder Elektromotor betrieben werden kann, einen Starter 34 zum Starten des Kraftfahrzeugs, eine als Hochspannungsbatterie (BHV) ausgebildete Batterie 36, die elektrische Energie mit der hohen Spannung bereitstellt und über einen Schalter mit der Hauptleitung 27 verbunden ist, einen ersten Verbraucher 38, der einen elektrischen Widerstand R3a verursacht und ebenfalls über einen Schalter mit der Hauptleitung 27 verbunden ist, sowie einen zweiten Verbraucher 40, der einen elektrischen Widerstand R2a verursacht.
-
In dem zweiten Teilenergiebordnetz 28 sind ebenfalls mehrere Komponenten zueinander parallel geschaltet und mit der Hauptleitung 29 verbunden. Bei den Komponenten handelt es sich um eine als Niederspannungsbatterie (BNV) ausgebildete Batterie 42, die elektrische Energie mit der niedrigen Spannung bereitstellt und über einen Schalter mit der Hauptleitung 29 verbunden ist, einen dritten Verbraucher 44, der einen elektrischen Widerstand R2b verursacht, und einen vierten Verbraucher 46, der einen elektrischen Widerstand R3b verursacht und über einen Schalter mit der Hauptleitung 29 verbunden ist.
-
Die anhand von 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2 umfasst eine erste Reservebatterie 48 (BRHV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem ersten Teilenergiebornetz 26 zugeordnet und/oder in dem ersten Teilenergiebornetz 26 angeordnet ist, wobei die erste Reservebatterie 48 an die Hauptleitung 27 angeschlossen und parallel zu den anderen Komponenten des ersten Teilenergiebornetzes 26 geschaltet ist. Außerdem umfasst die erste Ausführungsform der Anordnung 2 ein Kontrollgerät 3 zum Kontrollieren der ersten Ausführungsform des Verfahrens.
-
Die erste Reservebatterie 48 ist in einem Normalbetrieb, wenn beide Batterien 36, 42 funktionieren, ausgeschaltet. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42 ausfällt und somit ein Notfall eintritt, wird die mindestens eine ausgefallene Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 vom Energiebordnetz 14 getrennt und ersatzweise die Reservebatterie 48 eingeschaltet. In der beschriebenen Ausführungsform ist von der ersten Reservebatterie 48 die erste, hohe Spannung bereitzustellen, weshalb die erste Reservebatterie 48 auch als Hochspannungs-Reservebatterie ausgebildet ist. Dabei kann elektrische Energie, die hier von der ersten Reservebatterie 48 bereitgestellt wird, von dem Gleichspannungswandler 30 als elektronisches Kopplungsmodul auch in das zweite Teilenergiebordnetz 28 übertragen werden, wobei ein Wert der Spannung der zu übertragenden elektrischen Energie reduziert wird.
-
Das zweite Energiebordnetz 16, das in 2 schematisch dargestellt ist, umfasst ein erstes Teilenergiebordnetz 50, das mit der ersten, hohen Spannung von hier 48 V betrieben wird und dieselben Komponenten wie das anhand von 1 vorgestellte, erste Teilenergiebordnetz 26 aufweist. Ein zweites Teilenergiebordnetz 52 des zweiten Energiebordnetzes 16 umfasst dieselben Komponenten wie das zweite Teilenergiebordnetz 28 des ersten Energiebordnetzes 14 aus 1 und wird mit der zweiten, niedrigen Spannung von hier 14 V betrieben. Beide Teilenergiebordnetze 50, 52 sind mit einem Gleichspannungswandler 30 als elektronisches Kopplungsmodul miteinander verbunden, über den zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen 50, 52 elektrische Energie auszutauschen ist. Dabei ist der Gleichspannungswandler 30 dazu ausgebildet, je nach Richtung, in der die elektrische Energie zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen 50, 52 zu übertragen ist, die niedrige elektrische Spannung auf die hohe elektrische Spannung oder die hohe elektrische Spannung auf die niedrige elektrische Spannung zu transformieren.
-
Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 4 umfasst ein Kontrollgerät 3 zum Kontrollieren der zweiten Ausführungsform des Verfahrens sowie eine zweite Reservebatterie 54 (BRNV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem zweiten Teilenergiebornetz 52 zugeordnet und/oder in dem zweiten Teilenergiebornetz 52 angeordnet ist.
-
Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zweite Reservebatterie 54 in einem Normalbetrieb, wenn beide Batterien 36, 42 funktionieren, ausgeschaltet ist. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42 ausfällt und somit ein Notfall eintritt, wird die mindestens eine ausgefallene Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 vom Energiebordnetz 14 getrennt und die zweite Reservebatterie 54 eingeschaltet. In der beschriebenen Ausführungsform wird von der zweiten Reservebatterie 54 die zweite, niedrige Spannung bereitgestellt, weshalb die zweite Reservebatterie 54 auch als Niedrigspannungs-Reservebatterie ausgebildet ist. Dabei kann elektrische Energie, die hier von der zweiten Reservebatterie 54 bereitgestellt wird, von dem Gleichspannungswandler 30 aus dem zweiten Teilenergiebordnetz 52 in das erste Teilenergiebordnetz 50 übertragen werden, wobei ein Wert der Spannung der zu übertragenden elektrischen Energie von dem Gleichspannungswandler erhöht wird.
-
Das in 3 schematisch dargestellte dritte Beispiel des Energiebordnetzes 18 weist ein erstes, als Hochspannungs-Teilenergiebordnetz ausgebildetes Teilenergiebordnetz 56 und ein zweites, als Niederspannungs-Teilenergiebordnetz ausgebildetes Teilenergiebordnetz 58 auf, wobei beide Teilenergiebordnetze 56, 58 über einen Gleichspannungswandler 30 als elektronisches Kopplungsmodul miteinander verbunden sind. Ansonsten weist das erste Teilenergiebordnetz 56 dieselben Komponenten wie jeweils eines der beiden anhand der 1 und 2 vorgestellten ersten Teilenergiebordnetze 26, 50 auf. Das zweite Teilenergiebordnetz 58 der dritten Ausführungsform des Energiebordnetzes 18 weist dieselben Komponenten wie jeweils eines der voranstehend beschriebenen, zweiten Teilenergiebordnetze 28, 52 auf.
-
Die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Anordnung 6 ist eine Kombination der beiden anhand der 1 und 2 voranstehend vorgestellten Ausführungsformen der Anordnung 2, 4. Die dritte Ausführungsform der Anordnung 6 umfasst eine erste Reservebatterie 48 (BRHV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem ersten Teilenergiebordnetz 56 zugeordnet und/oder in dem ersten Teilenergiebornetz 56 angeordnet ist, und eine zweite Reservebatterie 54 (BRNV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem zweiten Teilenergiebordnetz 58 zugeordnet und/oder in dem zweiten Teilenergiebordnetz 58 angeordnet ist. Zum Kontrollieren der dritten Ausführungsform des Verfahrens weist die dritte Ausführungsform der Anordnung 6 noch ein Kontrollgerät 3 auf.
-
Bei einem Normalbetrieb des Energiebordnetzes 18 sind beide Batterien 36, 42 beider Teilenergiebordnetze 56, 58 funktionstüchtig, weshalb die beiden Reservebatterien 48, 54 abgeschaltet sind. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42, d. h. die erste Batterie 36 in dem ersten Teilenergiebordnetz 56 und/oder die zweite Batterie 42 in dem zweiten Teilenergiebordnetz 58 ausfällt, wird die mindestens eine Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 von dem jeweiligen Teilenergiebordnetz 56, 58 getrennt und von dem Kontrollgerät 3 die mindestens eine Reservebatterie 48, 54 aus jenem mindestens einen Teilenergiebordnetz 56, 58 eingeschaltet, in dem die mindestens eine Batterie 36, 54 ausgefallen ist. Falls nur eine der beiden Batterien 36, 42 ausfällt, wird diese durch jene Reservebatterie 48, 54, ersetzt, die demselben Teilenergiebordnetz 56, 58 wie die ausgefallene Batterie 36, 42 zugeordnet ist. Alternativ ist es auch möglich, bei einem Ausfall lediglich einer Batterie 36, 42 beide Reservebatterien 48, 54 zu aktivieren.
-
Das in 4 gezeigte vierte Beispiel des Energiebordnetzes 20 umfasst ein erstes Teilenergiebordnetz 60 mit einer Hauptleitung 27 und ein zweites Teilenergiebordnetz 62 mit einer Hauptleitung 29, wobei die Hauptleitungen 27, 29 und somit die beiden Teilenergiebordnetze 60, 62 hier statt über einen Gleichstromwandler 30 über eine geteilte Elektromaschine, hier über einen geteilten Generator 64 als elektronisches Kopplungsmodul miteinander verbunden sind.
-
Dieser geteilte Generator 64 umfasst zwei getrennte Wicklungen, wobei eine erste Wicklung eine erste Anzahl an Windungen aufweist und über einen ersten Ausgang 66 mit dem ersten Teilenergiebordnetz 60 verbunden ist. Dagegen weist eine zweite Wicklung eine zweite Anzahl an Windungen auf und ist über einen zweiten Ausgang 68 mit dem zweiten Teilenergiebordnetz 68 verbunden. Dabei können die beiden unterschiedlichen Wicklungen je nach detaillierter Ausführungsform des geteilten Generators 64 entweder an einem gemeinsamen Rotor, der sich bei einem Betrieb des geteilten Generators 64 relativ zu einem Stator bewegt, oder an einem gemeinsamen Stator, zu dem sich bei einem Betrieb des geteilten Generators 64 ein gemeinsamer Rotor relativ bewegt, angeordnet sein. Dabei wird mit dem geteilten Generator 64 bei Bedarf elektrische Energie aus dem ersten Teilenergiebordnetz 60, die eine elektrische Spannung mit einem ersten hohen Wert aufweist, zu dem zweiten Teilenergiebordnetz 62 übertragen und auf eine Spannung mit einem niedrigen Wert transformiert. Umgekehrt ist es ebenfalls möglich, dass von dem zweiten Teilenergiebordnetz 62 über den geteilten Generator 64 zu dem ersten Teilenergiebordnetz 60 elektrische Energie übertragen wird, wobei die zu übertragende elektrische Energie in dem zweiten Teilenergiebordnetz 62 eine Spannung mit einem niedrigen Wert aufweist. Beim Übertragen der elektrischen Energie durch den geteilten Generator 64 wird deren Spannung auf den ersten Wert erhöht.
-
Das erste Teilenergiebordnetz 60 weist hier in Ausgestaltung eine elektrische Spannung mit dem ersten hohen Wert von hier 48 V und das zweite Teilenergiebordnetz 62 eine Spannung mit einem im Vergleich zum ersten Teilenergiebordnetz 62 zweiten, hier niedrigen Wert von 14 V auf. In diesem Fall weist die erste Wicklung des geteilten Generators 64 eine höhere Anzahl an Windungen wie die zweite Wicklung des geteilten Generators 64 auf.
-
Außerdem umfasst das erste Teilenergiebordnetz 60 mehrere zueinander parallel geschaltete und mit der Hauptleitung 27 verbundene Komponenten, nämlich einen Starter 34 zum Starten des Kraftfahrzeugs, eine als Hochspannungsbatterie (BHV) ausgebildete Batterie 36, die elektrische Energie mit der hohen Spannung bereitstellt und über einen Schalter mit der Hauptleitung 27 verbunden ist, einen ersten Verbraucher 70, der einen elektrischen Widerstand R2 verursacht und ebenfalls über einen Schalter mit der Hauptleitung 27 verbunden ist, und den ersten Ausgang 66 des geteilten Generators 64.
-
In dem zweiten Teilenergiebordnetz 62 sind ebenfalls mehrere Komponenten zueinander parallel geschaltet und mit der Hauptleitung 29 verbunden. Bei den Komponenten handelt es sich neben dem zweiten Ausgang 68 des geteilten Generators 64 um eine als Niederspannungsbatterie (BNV) ausgebildete Batterie 42, die elektrische Energie mit der niedrigen Spannung bereitstellt und über einen Schalter mit der Hauptleitung 29 verbunden ist, sowie um einen zweiten Verbraucher 72, der einen elektrischen Widerstand R3 verursacht.
-
Die anhand von 4 schematisch dargestellte vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8 umfasst eine erste Reservebatterie 48 (BRHV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem ersten Teilenergiebornetz 60 zugeordnet und/oder in dem ersten Teilenergiebornetz 60 angeordnet ist, wobei die erste Reservebatterie 48 an die Hauptleitung 27 angeschlossen und parallel zu den anderen Komponenten des ersten Teilenergiebornetzes 60 geschaltet ist. Außerdem umfasst die vierte Ausführungsform der Anordnung 8 ein Kontrollgerät 3 zum Kontrollieren der vierten Ausführungsform des Verfahrens.
-
Diese erste Reservebatterie 48 ist in einem Normalbetrieb, wenn beide Batterien 36, 42 funktionieren, ausgeschaltet. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42 ausfällt und somit ein Notfall eintritt, wird die mindestens eine ausgefallene Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 vom Energiebordnetz 20 getrennt und ersatzweise die erste Reservebatterie 48 eingeschaltet. In der beschriebenen Ausführungsform ist von der ersten Reservebatterie 48 die erste, hohe Spannung bereitzustellen, weshalb die erste Reservebatterie 48 auch als Hochspannungs-Reservebatterie ausgebildet ist. Dabei kann elektrische Energie, die hier von der ersten Reservebatterie 48 bereitgestellt wird, von dem geteilten Generator 64 als elektronisches Kopplungsmodul auch in das zweite Teilenergiebordnetz 62 übertragen werden, wobei ein Wert der Spannung der zu übertragenden elektrischen Energie reduziert wird.
-
Das fünfte Energiebordnetz 22, das in 5 schematisch dargestellt ist, umfasst ein erstes Teilenergiebordnetz 74, das mit der ersten, hohen Spannung von hier 48 V betrieben wird und dieselben Komponenten wie das anhand von 4 vorgestellte, erste Teilenergiebordnetz 60 aufweist. Ein zweites Teilenergiebordnetz 76 des fünften Energiebordnetzes 22 umfasst dieselben Komponenten wie das zweite Teilenergiebordnetz 62 des vierten Energiebordnetzes 22 aus 4 und wird mit der zweiten, niedrigen Spannung von hier 14 V betrieben. Beide Teilenergiebordnetze 74, 76 sind mit einem geteilten Generator 64 als elektronisches Kopplungsmodul über dessen Ausgänge 66, 68 miteinander verbunden. Über den geteilten Generator 64 ist zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen 74, 76 elektrische Energie auszutauschen. Dabei ist der geteilte Generator 64 dazu ausgebildet, je nach Richtung, in der die elektrische Energie zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen 74, 76 zu übertragen ist, die niedrige elektrische Spannung auf die hohe elektrische Spannung oder die hohe elektrische Spannung auf die niedrige elektrische Spannung zu transformieren.
-
Die fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 10 umfasst ein Kontrollgerät 3 zum Kontrollieren der fünften Ausführungsform des Verfahrens sowie eine zweite Reservebatterie 54 (BRNV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem zweiten Teilenergiebornetz 76 zugeordnet und/oder in dem zweiten Teilenergiebornetz 76 angeordnet ist.
-
Bei der fünften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zweite Reservebatterie 54 in einem Normalbetrieb, wenn beide Batterien 36, 42 funktionieren, ausgeschaltet ist. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42 ausfällt und somit ein Notfall eintritt, wird die mindestens eine ausgefallene Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 vom Energiebordnetz 22 getrennt und die zweite Reservebatterie 54 eingeschaltet. In der beschriebenen Ausführungsform wird von der zweiten Reservebatterie 54 die zweite, niedrige Spannung bereitgestellt, weshalb die zweite Reservebatterie 54 auch als Niedrigspannungs-Reservebatterie ausgebildet ist. Dabei kann elektrische Energie, die hier von der ersten Reservebatterie 48 bereitgestellt wird, über den geteilten Generator 64 von dem zweiten Teilenergiebordnetz 76 in des sechste Teilenergiebordnetz 74 übertragen werden, wobei ein Wert der Spannung der zu übertragenden elektrischen Energie von dem Generator 64 erhöht wird.
-
Das in 6 schematisch dargestellte sechste Beispiel des Energiebordnetzes 24 weist ein erstes, als Hochspannungs-Teilenergiebordnetz ausgebildetes Teilenergiebordnetz 78 und ein zweites, als Niederspannungs-Teilenergiebordnetz ausgebildetes Teilenergiebordnetz 80 auf, wobei beide Teilenergiebordnetze 78, 80 über einen geteilten Generator 64 als elektronisches Kopplungsmodul miteinander verbunden sind. Ansonsten weist das erste Teilenergiebordnetz 78 dieselben Komponenten wie jeweils eines der beiden anhand der 4 und 5 beschriebenen ersten Teilenergiebordnetze 60, 74 auf. Das zweite Teilenergiebordnetz 80 des sechsten Beispiels des Energiebordnetzes 24 weist dieselben Komponenten wie jeweils eines der anhand der 4 und 5 beschriebenen, zweiten Teilenergiebordnetze 62, 76 auf.
-
Die in 6 dargestellte sechste Ausführungsform der Anordnung 12 ist eine Kombination der anhand von 4 vorgestellten vierten Ausführungsform der Anordnung 8 sowie der anhand von 5 vorgestellten fünften Ausführungsform der Anordnung 10. Die sechste Ausführungsform der Anordnung 12 umfasst eine erste Reservebatterie 48 (BRHV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem ersten Teilenergiebordnetz 78 zugeordnet und/oder in dem ersten Teilenergiebordnetz 78 angeordnet ist, und eine zweite Reservebatterie 54 (BRNV), die hier als Metall-Luft-Batterie ausgebildet und dem zweiten Teilenergiebordnetz 80 zugeordnet und/oder in dem zweiten Teilenergiebordnetz 80 angeordnet ist. Zum Kontrollieren der sechsten Ausführungsform des Verfahrens weist die sechste Ausführungsform der Anordnung 12 noch ein Kontrollgerät 3 auf.
-
Bei einem Normalbetrieb des Energiebordnetzes 24 sind beide Batterien 36, 42 beider Teilenergiebordnetze 78, 80 funktionstüchtig, weshalb die beiden Reservebatterien 48, 54 abgeschaltet sind. Falls jedoch mindestens eine der beiden Batterien 36, 42, d. h. die erste Batterie 36 in dem ersten Teilenergiebordnetz 78 und/oder die zweite Batterie 42 in dem zweiten Teilenergiebordnetz 80 ausfällt, wird die mindestens eine Batterie 36, 42 durch das Kontrollgerät 3 von dem jeweiligen Teilenergiebordnetz 78, 80 getrennt und von dem Kontrollgerät 3 die Reservebatterie 48, 54 aus jenem Teilenergiebordnetz 78, 80 eingeschaltet, in dem die Batterie 36, 54 ausgefallen ist.
-
Je nach Definition kann mindestens eine Komponente eines jeweils vorgestellten Beispiels für das Energiebordnetz 14, 16, 18, 20, 22, 24 auch als Komponente der jeweils vorgestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 und mindestens eine Komponenten der jeweils vorgestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 als Komponente des jeweils vorgestellten Beispiels des Energiebordnetzes 14, 16, 18, 20, 22, 24 ausgebildet sein.
-
Jede vorgestellte Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 zum Versorgen eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie ist einem elektrischen Energiebordnetz 14, 16, 18, 20, 22, 24, das zwei Teilenergiebordnetze 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 umfasst, zugeordnet. Dabei weist jedes Teilenergiebordnetz 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 eine Batterie 36, 42 auf, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Spannung mit einem für das jeweilige Teilenergiebordnetz spezifischen, eingestellten oder vorgesehenen Wert bereitzustellen. Die beiden Teilenergiebordnetze 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 sind über ein elektrisches Kopplungselement, d. h. einen Gleichspannungswandler 30 oder einen gespaltenen Generator 64, miteinander verbunden. Die Anordnung 2, 4, 6, 8, 10, 12 umfasst mindestens eine Metall-Luft-Batterie als Reservebatterie 48, 54, die mindestens einem der Teilenergiebordnetze 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 zugeordnet und dazu ausgebildet ist, bei Ausfall mindestens einer der Batterien 36, 42 zusätzlich elektrische Spannung mit einem für das mindestens eine Teilenergiebordnetz 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 spezifischen Wert bereitzustellen.
-
In den hier gezeigten Ausführungsformen ist die von einem ersten Teilenergiebordnetz 26, 50, 56, 60, 74, 78, bereitzustellende Spannung größer als eine von einem zweiten Teilenergiebordnetz 28, 52, 58, 62, 76, 80 bereitzustellende Spannung. Dabei kann die mindestens eine Reservebatterie 48, 54 in dem ersten und/oder in dem zweiten Teilenergiebordnetz 28, 52, 58, 62, 76, 80 angeordnet sein.
-
Jede Anordnung 2, 4, 6, 8, 9, 10, 12 umfasst mindestens ein Kontrollgerät 3 zum Kontrollieren eines Betriebs der Anordnung 2, 4, 6, 8, 9, 10, 12 sowie des jeweiligen Energiebordnetzes 14, 16, 18, 20, 22, 24.
-
Bei einem Normalbetrieb jeweils eines Energiebordnetzes 14, 16, 18, 20, 22, 24 wird jedes Teilenergiebordnetz 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 mit elektrischer Energie, die von der Batterie 36, 42 dieses Teilenergiebordnetzes 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 bereitgestellt wird, versorgt, wobei die mindestens eine Reservebatterie 48, 54 deaktiviert wird und/oder ist.
-
Falls die mindestens eine Batterie 36, 42 eines der beiden Teilenergiebordnetze 26, 28, 50, 52, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80 ausfällt, wird diese Batterie 36, 42 von dem Energiebordnetz 14, 16, 18, 20, 22, 24 getrennt und die mindestens eine Reservebatterie 48, 54, üblicherweise durch Zufuhr von Sauerstoff, aktiviert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
