DE102014225431B4

DE102014225431B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze

Info

Publication number: DE102014225431B4
Application number: DE102014225431.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Kühnlenz; Sebastian Splett
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: US20160167533A1; KR101752572B1; DE102014225431A1; CN105703752B; KR20160070716A; CN105703752A; US9802494B2

Abstract

Vorrichtung (1) zur Trennung und Verbindung zweier Teilbordnetze (20, 30), umfassend zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente (2, 3) und ein Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass dieses in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze (20, 30) Steuersignale für die Schaltelemente (2, 3) erzeugt, wobei die Schaltelemente (2, 3) jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode (D2, D3) und einem steuerbaren Widerstand ausgebildet sind, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die Schaltelemente (2, 3) derart angeordnet sind, dass die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der Dioden (D2, D3) miteinander verbunden sind, wobeiein Regler (5) der Schaltelemente (2, 3) mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt wird, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen (2, 3) jeweils eine Steuereinheit (7, 8) zugeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts (4) ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximal-Wert einzustellen, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine von dem Steuergerät (4) ansteuerbare Einrichtung aufweist, mittels derer das eine Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) und das andere Schaltelement (3, 2) mit seiner Steuereinheit (8, 7) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Einrichtung eine Umschalteinrichtung ist, die als Demultiplexer (6) ausgebildet ist, wobei an dem Eingang der Regler (5) angeordnet ist, wobei ein Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem ersten Schaltelement (2) zugeordneten Steuereinheit (7) verbunden ist und ein anderer Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem zweiten Schaltelement (3) zugeordneten Steuereinheit (8) verbunden ist, wobei die Steuereinheiten (7, 8) derart ausgebildet sind, dass diese bei Verbindung des Eingangs des Demultiplexers (6) mit dem zugeordneten Ausgang das Signal des Reglers (5) auf das zugeordnete Schaltelement (2, 3) durchschalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze, insbesondere in einem Kraftfahrzeugbordnetz.
Häufig werden Teilbordnetze miteinander verschaltet, die ähnliche Spannungslagen haben, aber aufgrund der unterschiedlichen Speichertechnologien oder Speicherladezustände im realen Betrieb Spannungsunterschiede aufweisen. Bei 12 V-Bordnetzen mit Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien können dabei Spannungsunterschiede von bis zu 4 V auftreten. Ein weiteres Problem kann auftreten, wenn Bordnetzverbraucher in einem Teilbordnetz eine hohe Stabilität der Versorgungsspannung benötigen, wohingegen die Verbraucher im anderen Teilbordnetz sehr dynamisch sind. Daher sind bei solchen Bordnetzen mit Teilbordnetzen Schaltelemente bekannt, um gezielt die Teilbordnetze zu verbinden oder zu trennen.
Aus der EP 0 987 146 B1 ist ein Zwei-Batteriesystem bekannt, umfassend eine Starter-Batterie, einen Generator, Primärverbraucher, eine Bordnetzbatterie, einen Starter und einen zwischen Starterbatterie und Bordnetzbatterie angeordneter Leistungsschalter. Parallel zum Leistungsschalter ist ein MOSFET angeordnet, über den eine Ladestrecke freigeschaltet werden kann. Dabei kann ein zweiter MOSFET vorhanden sein, wobei die beiden Source-Anschlüsse vorzugsweise miteinander verbunden sind. Dabei werden die beiden MOSFET jeweils als Schalter betrieben, d.h. diese werden durchgeschaltet oder gesperrt.
Aus der DE 195 48 612 B4 ist ein mehrkreisiges Fahrzeug-Bordnetz bekannt, umfassend einen Generator, Verbraucher, einseitig oder beidseitig angeordnete Pufferspeicher und einen Analogschalter, zum zeitweiligen Verbinden von Stromkreisen des mehrkreisigen Fahrzeug-Bordnetzes. Der Analogschalter weist wenigstens zwei steuerbare Feldeffekttransistoren auf, deren Drain- oder Source-Anschlüsse miteinander verbunden sind. Zwischen den SourceElektroden der Feldeffekttransistoren und der Gate-Elektrode der beiden Feldeffekttransistoren liegt eine Zenerdiode, die die Maximalspannung zwischen den betreffenden Elektroden begrenzt. Die Gate-Elektroden sind mit einem MOSEFET-Treiber mit Ladungspumpe verbunden. Dabei wird offenbart, dass die Ansteuerung der MOSFETs auch derart erfolgen kann, dass die Gatespannung so variiert wird, dass der Analogschalter auch als Linearregler verwendet werden kann.
Aus der DE 699 35 831 T2 ist ein elektrisches System für Kraftfahrzeuge bekannt, umfassend eine Starterbatterieseite mit einer Starterbatterie und einem Startermotor, der mit der Starterbatterie verbunden ist. Weiter umfasst das System eine Verbraucherseite mit einem Generator und eine Verbraucherbatterie, die mit einer Mehrzahl von Verbrauchern verbunden ist. Weiter weist das System einen Laderegler auf, der zwischen der Starterbatterieseite und der Verbraucherbatterieseite über erste und zweite Leiter zum Regeln des Stroms zwischen den beiden Seiten angeordnet ist. Eine Motorregelvorrichtung ist mit dem Laderegler über einen dritten Leiter verbunden, über den die Motorregelvorrichtung von einer der Batterieseiten bestromt wird. Der Laderegler weist einen ersten und einen zweiten Transistor auf, die mittels einer elektronischen Regeleinheit geregelt werden, wobei die Regeleinheit in dem Laderegler enthalten ist. Die beiden Transistoren sind in Reihe geschaltet, wobei der Knoten mit der dritten Leitung verbunden ist. Parallel zu den Transistoren ist jeweils eine Diode geschaltet, wobei die Dioden aufeinander zu ausgerichtet sind. In inaktiven Zuständen werden die beiden Transistoren gesperrt, wobei die Motorregelung Strom über die Diode erhält, deren zugeordnete Spannungsseite auf dem höheren Niveau liegt. Die Transistoren sind vorzugsweise MOSFETs, die bereits technologisch bedingt eine intrinsische Diode aufweisen. Die beiden Transistoren können dabei auch als Linearregler angesteuert werden, d.h. der Widerstandswert kann zwischen einem Minimalwert (durchgeschaltet) und einem Maximalwert (gesperrt) geregelt werden. Eine konkrete Ausbildung der Regeleinheit ist nicht offenbart.
Prinzipiell kann die Regelstrategie durch einen Mikroprozessor eines Steuergeräts berechnet werden und dann eine entsprechende Treiberschaltung für die Transistoren angesteuert werden. Dies ist jedoch hinsichtlich der Regelgeschwindigkeit kritisch. Alternativ kann mindestens ein Teil der Regeleinheit in Hardware ausgebildet werden, was zwar schneller ist, jedoch auch höhere Kosten verursacht.
Aus der WO 2013/093273 A1 ist eine Vorrichtung zur Trennung und Verbindung zweier Teilbordnetze bekannt, umfassend zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass dieses in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze Steuersignale für die Schaltelemente erzeugt, wobei die Schaltelemente jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode und einem steuerbaren Widerstand ausgebildet sind, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die Schaltelemente derart angeordnet sind, dass die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der Dioden miteinander verbunden sind, wobei ein Regler der Schaltelemente mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein Steuersignal für ein Schaltelement erzeugt wird, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen jeweils eine Steuereinheit zugeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts ein Steuersignal für ein Schaltelement erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximal-Wert einzustellen, wobei die Vorrichtung mindestens eine von dem Steuergerät ansteuerbare Einrichtung aufweist, mittels derer das eine Schaltelement mit dem Regler und das andere Schaltelement mit seiner Steuereinheit verbunden ist.
Aus der DE 197 57 113 A1 ist eine Ankoppelschaltung zur Stromversorgung von mindestens einem Verbraucher aus Gleichspannungsnetzen mit einer Schaltungseinheit zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung bekannt. Dabei weist die Stromversorgung eingangsseitig mindestens zwei getrennte Teilnetze auf, die mit ausgangsseitigen Verbrauchern über elektrisch betätigte Schalter derart verbunden sind, dass jedes Teilnetz in Abhängigkeit seiner Leistungsfähigkeit an der Versorgung des ausgangsseitigen Verbrauches beteiligt ist, wobei ein Vergleicher den Stromfluss am Ausgang der Schaltung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung in die jeweilige Richtung freigibt. Vorzugsweise sind die Schalter MOSFET-Schalter.
Aus der DE 10 2007 026 164 A1 ist ein elektrisches Versorgungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungsniveau bekannt, das mindestens eine Batterie, mindestens einen UltraCap und einen Generator aufweist, wobei die Batterie bei höherer Spannung im Bordnetz als der Nennspannung sowie beim Startvorgang vom Bordnetz mittels eines Schaltmittels getrennt ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Batterie den UltraCap mittels eines DC/DC-Konverters vor dem Start des Fahrzeugs auf eine höhere Spannung als Nennspannung auflädt, wobei während der Rekuperation die vom elektrischen Generator und/oder Rekuperationsbremsen erzeugte Spannung das Spannungsniveau des Bordnetzes bestimmt. Dabei ist nach dem Rekuperationsprozess und im Normalbetrieb die Bordnetzspannung gleich der Ausgangsspannung des Generators.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze zu schaffen, die bei hoher Regelgeschwindigkeit geringere Kosten verursacht. Ein weiteres technisches Problem ist es, ein geeignetes Verfahren zum Trennen und Verbinden zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 oder 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Vorrichtung zur Trennung und Verbindung zweier Teilbordnetze umfasst zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass dieses in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze Steuersignale für die Schaltelemente erzeugt. Die Soll-Werte sind beispielsweise Soll-Spannungen der Teilbordnetze. Die Ist-Werte sind beispielsweise Ist-Spannungen der Teilbordnetze. Ein weiterer Soll-Wert ist beispielsweise ein maximaler Strom und ein weiterer Ist-Wert der Ist-Strom. Die Schaltelemente sind jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode und einem steuerbaren Widerstand ausgebildet, der vorzugsweise als Transistor ausgebildet ist. Der steuerbare Widerstand kann dabei zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden. Der Minimal-Wert liegt beispielsweise bei nahezu 0 Ω und der Maximal-Wert im M Ω-Bereich. Die beiden Schaltelemente sind derart zueinander angeordnet, dass die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der Dioden miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die beiden Kathoden miteinander verbunden sind. Ein Regler der Schaltelemente ist mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, als Hardware ausgebildet. Der Regler ist derart ausgebildet, dass ein Steuersignal für ein Schaltelement erzeugt wird, um einen Widerstand zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen. Weiter ist den Schaltelementen mindestens eine Steuereinheit zugeordnet, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts ein Steuersignal für ein Schaltelement erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximal-Wert einzustellen. Weiter weist die Vorrichtung mindestens eine vom Steuergerät ansteuerbare Umschalteinrichtung auf, mittels derer das eine Schaltelement mit dem Regler und das andere Schaltelement mit der mindestens einen Steuereinheit verbunden ist. Dabei sei angemerkt, dass die Verbindung zwischen dem Regler und dem Schaltelement nicht unmittelbar sein muss, sondern auch noch eine als Treiber wirkende Steuereinheit zwischengeschaltet sein kann. Das Grundprinzip der Erfindung besteht in einer Halbierung der Regelung, dass nämlich der Regler jeweils immer nur maximal ein Schaltelement regelt, wohingegen das andere Schaltelement durch das Steuergerät angesteuert wird, nämlich auf den Minimal- oder den Maximal-Wert. Dies stellt hinsichtlich der Regelgeschwindigkeit kein Problem dar. Dabei kommt es durch die Halbierung der Regelung zu keinen nennenswerten Einschränkungen bei der Ansteuerung. Durch die Halbierung der Regelung können entsprechend Kosten eingespart werden, da beispielsweise ein entsprechender ASIC erheblich kleiner (was die Anzahl der Bauelemente betrifft) aufgebaut sei kann.
Hierzu weist die Vorrichtung einen Demultiplexer als Umschalteinrichtung auf, wobei an dem Eingang der Regler bzw. Reglerausgang angeordnet ist. Ein Ausgang des Demultiplexers ist mit einer dem ersten Schaltelement zugeordneten Steuereinheit verbunden und ein anderer Ausgang des Demultiplexers ist mit einer dem zweiten Schaltelement zugeordneten Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheiten sind derart ausgebildet, dass diese bei Verbindung des Eingangs des Demultiplexers mit dem zugeordneten Ausgang das Signal des Reglers auf das zugeordnete Schaltelement durchschalten. Dabei haben die Steuereinheiten primär die Aufgabe einer Treiberschaltung. Die Steuereinheit, die nicht mit dem Regler verbunden ist, wird vom Steuergerät angesteuert, um beispielsweise den Transistor als steuerbaren Widerstand durchzuschalten oder zu sperren. Dabei sei angemerkt, dass die Steuereinheiten auch derart ausgebildet sein können, dass diese unabhängig von dem Demultiplexer beide vom Steuergerät angesteuert werden, beispielsweise um gleichzeitig beide Transistoren zu sperren oder durchzuschalten. Wichtig ist nur, dass der Regler immer nur jeweils maximal einer Steuereinheit bzw. Schaltelement zugeordnet ist. Allerdings kann auch ein Durchschalt- bzw. Sperrbefehl in die Regelung integriert werden, sodass dann der Regler immer einem Schaltelement zugeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Umschalteinrichtung durch zwei Multiplexer gebildet, die jeweils einem Schaltelement zugeordnet sind, wobei der Ausgang des Multiplexers mit dem zugeordneten Schaltelement verbunden ist. Jeweils ein Eingang der Multiplexer ist mit dem Regler verbunden und der andere Eingang ist mit einer Steuereinheit verbunden, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass dieses die Multiplexer derart ansteuert, dass der Regler gleichzeitig nur bei einem der Multiplexer durchgeschaltet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Treiberfunktion in der Regel integriert.
Wie bereits angemerkt, sind die Schaltelemente vorzugsweise als MOSFETs ausgebildet, die technologisch bedingt die Dioden automatisch mitausbilden. Prinzipiell können Dioden und steuerbarer Widerstand aber auch als separate Bauteile ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Steuereinheit(en), die Umschalteinrichtung und/oder Regler als ein Hardware-Bauteil, beispielsweise in Form eines ASICs, zusammengefasst.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Steuereinheit(en) und/oder die Umschalteinrichtung in dem Steuergerät integriert.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den Schaltelementen ein Anschlusspunkt für eine Fremdladungsquelle angeordnet. Zum Laden der Teilbordnetze wird dabei die Fremdladungsquelle auf die Ladespannung des Teilbordenetzes mit der höheren Ladespannung eingestellt. Das Schaltelement des Teilbordnetzes mit der höheren Ladespannung wird niederohmig geschaltet und das Schaltelement des anderen Teilbordnetzes entsprechend durch den Regler derart angesteuert, dass die notwendige Spannungsdifferenz zur Ladespannung dieses Teilbordnetz über dem Schaltelement abfällt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verbinden und Trennen zweier Teilbordnetze in einer ersten Ausführungsform und
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verbinden und Trennen zweier Teilbordnetze in einer zweiten Ausführungsform.

In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze 20, 30 dargestellt. Im ersten Teilbordnetz 20 ist beispielsweise eine 12 V-Bleisäure-Batterie und im zweiten Teilbereich 30 eine 12 V-Lithium-Ionen-Batterieeinheit angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Schaltelemente 2 und 3, die als MOSFET-Transistoren ausgebildet sind. Die beiden MOSFET-Transistoren sind mit ihren Drain-Anschlüssen miteinander verbunden. Die realen MOSFET-Transistoren weisen dabei technologisch bedingt jeweils eine intrinsische Diode D2, D3 auf, deren Kathoden miteinander verbunden sind. Daher lässt sich der reale MOSFET als idealer Transistor T2, T3 mit einer jeweils parallel geschalteten Diode D2, D3 auffassen. Weiter weist die Vorrichtung 1 ein Steuergerät 4, einen Regler 5, einen Demultiplexer 6 sowie zwei Steuereinheiten 7, 8 auf. Der Regler 5 ist als Hardware-Baustein, beispielsweise als ASIC, ausgebildet und erhält Eingangssignale S_E vom Steuergerät 4 oder auch gegebenenfalls direkt von Messeinrichtungen. Die Eingangssignale S_E sind beispielsweise Ist- und Soll-Spannungslagen der beiden Teilbordnetze 20, 30 sowie Ist- und Sollströme zwischen den Teilbordnetzen 20, 30. Der Ist-Strom wird beispielsweise vorzeichengerecht durch einen Stromsensor 9 erfasst. Der Regler 5 berechnet aus den Eingangssignalen S_E einen Ansteuerwert für eines der Schaltelemente 2, 3, um einen gewünschten Widerstand an einem der Transistoren T2, T3 einzustellen. Welches Schaltelement 2, 3 über den Regler 5 angesteuert werden soll, entscheidet das Steuergerät 4 in Abhängigkeit der Eingangssignale S_E und steuert den Demultiplexer 6 entsprechend an. Soll beispielsweise das dem zweiten Teilbordnetz 30 zugeordnete Schaltelement 3 durch den Regler 5 gesteuert werden, so wird der Demultiplexer 6 derart vom Steuergerät 4 angesteuert, dass die Ausgangssignale des Reglers 5 auf die Steuereinheit 8 geführt werden. In der Steuereinheit 8, die als Treiber arbeitet, wird dann ein entsprechendes Ansteuersignal für das Gate des Transistors T3 erzeugt. Das andere Schaltelement 2 wird dann direkt vom Steuergerät 4 angesteuert. Dieses Steuergerät schaltete den Transistor T2 durch (niederohmiger Minimal-Wert) oder sperrt den Transistor T2 (hochohmiger Maximal-Wert). Das Steuersignal wird an die Steuereinheit 7 angelegt und dort in ein Ansteuersignal für das Gate des Transistors T2 umgesetzt.
Sollen nun beispielsweise beide Transistoren T2, T3 gesperrt werden, so kann dies auf zwei Weisen erfolgen.
Entweder kann der Regler 5 ein solches Ansteuersignal erzeugen oder aber das Steuergerät 4 kann den Demultiplexer 6 deaktivieren und dann direkt beide Steuereinheiten 7, 8 ansteuern. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 4 ein Ausgangssignal des Reglers 5 an einer Steuereinheit 7, 8 blockieren kann.
Entscheidend ist, dass der Regler 5 nur für maximal jeweils ein Schaltelement 2, 3 einen geregelten Widerstandswert berechnen muss, wohingegen das andere Schaltelement 3, 2 vom Steuergerät 4 quasi digital angesteuert wird (durchgeschaltet oder gesperrt). Damit lassen sich alle Betriebsmodi durchführen, wie beispielsweise Spannungsausgleich zwischen den Teilbordnetzen, Abkopplung eines instabilen Netzes. Die einzige Einschränkung gegenüber einer gleichzeitigen Regelung beider einstellbarer Widerstände ergibt sich beim Laden mit einer Fremdladungsquelle. Hierzu weist die Vorrichtung 1 einen Anschlusspunkt 10 zwischen den beiden Schaltelementen 2, 3 auf.
Sei nun wieder angenommen, dass im ersten Teilbordnetz 20 eine 12 V-Bleisäure-Batterie und im zweiten Teilbordnetz 30 eine 12 V-Lithium-Ionen-Batterieeinheit angeordnet ist, so benötigt das erste Teilbordnetz 20 eine Ladespannung von ca. 14 V, wohingegen das zweite Teilbordnetz 30 eine Ladespannung von ca. 13 V benötigt.
Sollen nun beide Teilbordnetze 20, 30 gleichzeitig geladen werden, so ist die Spannung einer Fremdladungsquelle auf 14 V begrenzt. Entsprechend wird dann das Schaltelement 2 auf den niederohmigen Minimal-Wert geschaltet, wohingegen das zweite Schaltelement 3 durch den Regler 5 geregelt wird, um über dem Schaltelement 3 einen Spannungsabfall von 1 V einzustellen, sodass sich hinter dem Schaltelement 3 die gewünschte Ladespannung von 13 V einstellt.
Das gleichzeitige Laden beider Teilbordnetze 20, 30 ist aber nicht zwingend. So kann auch vorgesehen sein, dass wahlweise nur ein Teilbordnetz 20, 30 geladen werden soll. In diesem Fall wird das Schaltelement 2,3 des Teilbordnetzes 20, 30, das nicht geladen werden soll, hochohmig geschaltet. Je nach Spannungslage der Fremdladungsquelle zur Ladespannung des zu ladenden Teilbordnetzes 20, 30 wird dann das zugehörige Schaltelement durchgeschaltet (Ladespannung = Spannung der Fremdladungsquelle) oder durch den Regler 5 der Widerstand derart eingeregelt, dass über dem Schaltelement 2, 3 die Differenz zwischen der Spannung der Fremdladungsquelle und der Ladespannung des Teilbordnetzes 20, 30 abfällt. Somit können auch bei nicht angepasster Spannung der Fremdladungsquelle beide Teilbordnetze 20, 30 nacheinander geladen werden.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt, wobei nachfolgend nur die Unterschiede dargestellt werden sollen. Dabei wird die Umschalteinrichtung durch zwei Multiplexer 11, 12 gebildet, wobei der Ausgang des ersten Multiplexers 11 mit dem ersten Schaltelement 2 und der Ausgang des zweiten Multiplexers 12 mit dem zweiten Schaltelement 3 verbunden ist. An einem ersten Eingang des ersten Multiplexers 11 liegt das Ausgangssignal der ersten Steuereinheit 7 an und an einem zweiten Eingang des ersten Multiplexers 11 liegt das Ausgangssignal des Reglers 5 an, der einen entsprechenden Treiber für die Umschaltelemente 2, 3 integriert hat. An einem ersten Eingang des zweiten Multiplexers 12 liegt das Ausgangssignal des Reglers 5 an und an einem zweiten Eingang des zweiten Multiplexers 12 liegt das Ausgangssignal der zweiten Steuereinheit 8 an. Dabei erhalten die beiden Steuereinheiten 7, 8 ihre Eingangssignale vom Steuergerät 4, um das jeweilige Schaltelement 2, 3 auf den niederohmigen Minimal-Wert (Transistor durchgeschaltet) oder den hochohmigen Maximal-Wert (Transistor gesperrt) zu steuern. Dabei muss das Steuergerät 4 wieder gewährleisten, dass nicht gleichzeitig das Ausgangssignal des Reglers 5 beiden Schaltelementen 2, 3 zugeführt wird.
Beispielsweise kann dies mittels eines Inverters 13 erfolgen, der das Steuersignal für den ersten Multiplexer 11 invertiert und an den zweiten Multiplexer 12 führt. Diese sehr einfache Umsetzung erlaubt es jedoch nicht, dass gleichzeitig die Signale der ersten und zweiten Steuereinheit 7, 8 durchgeschaltet werden. Soll auch dies möglich sein, so müssen zwei voneinander unabhängige Steuersignale für die Multiplexer 11, 12 erzeugt werden, wobei die Signalkombination vom Steuergerät 4 verhindert werden muss, wo bei beiden Multiplexern 11, 12 das Ausgangssignal des Reglers 5 durchgeschaltet werden würde.

Claims

Vorrichtung (1) zur Trennung und Verbindung zweier Teilbordnetze (20, 30), umfassend zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente (2, 3) und ein Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass dieses in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze (20, 30) Steuersignale für die Schaltelemente (2, 3) erzeugt, wobei die Schaltelemente (2, 3) jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode (D2, D3) und einem steuerbaren Widerstand ausgebildet sind, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die Schaltelemente (2, 3) derart angeordnet sind, dass die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der Dioden (D2, D3) miteinander verbunden sind, wobei ein Regler (5) der Schaltelemente (2, 3) mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt wird, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen (2, 3) jeweils eine Steuereinheit (7, 8) zugeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts (4) ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximal-Wert einzustellen, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine von dem Steuergerät (4) ansteuerbare Einrichtung aufweist, mittels derer das eine Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) und das andere Schaltelement (3, 2) mit seiner Steuereinheit (8, 7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Umschalteinrichtung ist, die als Demultiplexer (6) ausgebildet ist, wobei an dem Eingang der Regler (5) angeordnet ist, wobei ein Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem ersten Schaltelement (2) zugeordneten Steuereinheit (7) verbunden ist und ein anderer Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem zweiten Schaltelement (3) zugeordneten Steuereinheit (8) verbunden ist, wobei die Steuereinheiten (7, 8) derart ausgebildet sind, dass diese bei Verbindung des Eingangs des Demultiplexers (6) mit dem zugeordneten Ausgang das Signal des Reglers (5) auf das zugeordnete Schaltelement (2, 3) durchschalten.
Vorrichtung (1) zur Trennung und Verbindung zweier Teilbordnetze (20, 30), umfassend zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente (2, 3) und ein Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass dieses in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze (20, 30) Steuersignale für die Schaltelemente (2, 3) erzeugt, wobei die Schaltelemente (2, 3) jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode (D2, D3) und einem steuerbaren Widerstand ausgebildet sind, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die Schaltelemente (2, 3) derart angeordnet sind, dass die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der Dioden (D2, D3) miteinander verbunden sind, wobei ein Regler (5) der Schaltelemente (2, 3) mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt wird, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen (2, 3) jeweils eine Steuereinheit (7, 8) zugeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts (4) ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximal-Wert einzustellen, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine von dem Steuergerät (4) ansteuerbare Einrichtung aufweist, mittels derer das eine Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) und das andere Schaltelement (3, 2) mit seiner Steuereinheit (8, 7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Umschalteinrichtung ist, die durch zwei Multiplexer (11, 12) gebildet wird, die jeweils einem Schaltelement (2, 3) zugeordnet sind, wobei der Ausgang des Multiplexers (11, 12) mit dem zugeordneten Schaltelement (2, 3) verbunden ist, wobei jeweils ein Eingang der Multiplexer (11, 12) mit dem Regler (5) verbunden ist und der jeweils andere Eingang mit der Steuereinheit (7, 8) des jeweiligen Schaltelements (2, 3) verbunden ist, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass dieses die Multiplexer (11, 12) derart ansteuert, dass der Regler (5) gleichzeitig nur bei einem der Multiplexer (11, 12) durchgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (2, 3) als MOSFETs ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (7, 8), die Umschalteinrichtung und/oder der Regler (5) als ein Hardware-Bauteil zusammengefasst sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Steuereinheiten (7, 8) und/oder die Umschalteinrichtung in dem Steuergerät (4) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaltelementen (2, 3) ein Anschlusspunkt (10) für eine Fremdladungsquelle angeordnet ist.
Verfahren zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze (20, 30), mittels zweier in Reihe geschalteter Schaltelemente (2, 3) und einem Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze (20, 30) Steuersignale für die Schaltelemente (2, 3) erzeugt, wobei die Schaltelemente (2, 3) jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode (D2, D3) und einem steuerbaren Widerstand bestehen, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der beiden Dioden (D2, D3) miteinander verbunden sind, wobei ein Regler (5) der Schaltelemente (2, 3) mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen (2, 3) jeweils eine Steuereinheit (7, 8) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts (4) ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximalwert einzustellen, wobei mindestens eine Einrichtung vorgesehen ist, die durch das Steuergerät (4) angesteuert wird, um das eine Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) und das andere Schaltelement (3, 2) mit seiner Steuereinheit (8, 7) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Umschalteinrichtung ist, die als Demultiplexer (6) ausgebildet ist, wobei an dem Eingang der Regler (5) angeordnet ist, wobei ein Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem ersten Schaltelement (2) zugeordneten Steuereinheit (7) verbunden ist und ein anderer Ausgang des Demultiplexers (6) mit einer dem zweiten Schaltelement (3) zugeordneten Steuereinheit (8) verbunden ist, wobei die Steuereinheiten (7, 8) bei Verbindung des Demultiplexers (6) mit dem zugeordneten Ausgang das Signal des Reglers (5) auf das zugeordnete Schaltelement (2, 3) durchschalten.
Verfahren zum Trennen und Verbinden zweier Teilbordnetze (20, 30), mittels zweier in Reihe geschalteter Schaltelemente (2, 3) und einem Steuergerät (4), wobei das Steuergerät (4) in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten und vorab festgelegten Soll-Werten der Teilbordnetze (20, 30) Steuersignale für die Schaltelemente (2, 3) erzeugt, wobei die Schaltelemente (2, 3) jeweils als Parallelschaltung aus einer Diode (D2, D3) und einem steuerbaren Widerstand bestehen, wobei der steuerbare Widerstand zwischen einem niederohmigen Minimal-Wert und einem hochohmigen Maximal-Wert gesteuert werden kann, wobei die beiden Anoden oder die beiden Kathoden der beiden Dioden (D2, D3) miteinander verbunden sind, wobei ein Regler (5) der Schaltelemente (2, 3) mindestens teilweise als Hardware ausgebildet ist, der ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um einen Widerstandswert zwischen dem Minimal-Wert und dem Maximal-Wert einzustellen, wobei den Schaltelementen (2, 3) jeweils eine Steuereinheit (7, 8) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Signals des Steuergeräts (4) ein Steuersignal für ein Schaltelement (2, 3) erzeugt, um dieses auf den Minimal-Wert oder den Maximalwert einzustellen, wobei mindestens eine Einrichtung vorgesehen ist, die durch das Steuergerät (4) angesteuert wird, um das eine Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) und das andere Schaltelement (3, 2) mit seiner Steuereinheit (8, 7) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Umschalteinrichtung ist, die durch zwei Multiplexer (11, 12) gebildet wird, die jeweils einem Schaltelement (2, 3) zugeordnet sind, wobei der Ausgang des Multiplexers (11, 12) mit dem zugeordneten Schaltelement (2, 3) verbunden ist, wobei jeweils ein Eingang der Multiplexer (11, 12) mit dem Regler (5) verbunden ist und der jeweils andere Eingang mit der Steuereinheit (7, 8) des jeweiligen Schaltelements (2, 3) verbunden ist, wobei das Steuergerät (4) die Multiplexer (11, 12) derart ansteuert, dass der Regler (5) geleichzeitig nur bei einem der Multiplexer (11, 12) durchgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät (4) die Umschalteinrichtung derart angesteuert wird, dass maximal ein Schaltelement (2, 3) mit dem Regler (5) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum gleichzeitigen Laden der Teilbordnetze (20, 30) die Fremdladungsquelle auf die Ladespannung des Teilbordnetzes (20, 30) mit der höheren Ladespannung eingestellt wird.