DE102015101247A1

DE102015101247A1 - Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems

Info

Publication number: DE102015101247A1
Application number: DE102015101247.2A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Hans-Georg Herzog; Michael Winter
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Ein Energieversorgungssystem (1) für ein Fahrzeug weist auf eine elektrischen Energiequelle (Q1, Q2), einen ersten Stromverteiler (B1), einen zweiten Stromverteiler (B2), einen ersten elektrischen Verbraucher (V1), einen zweiten elektrischen Verbraucher (V2), und einen Schalter (S), der dem ersten elektrischen Verbraucher (V1) zugeordnet ist. Der Schalter (S) ist mit einem ersten Eingang über eine erste Zuführleitung (Z1) mit dem ersten Stromverteiler (B1) gekoppelt und mit einem zweiten Eingang über eine zweite Zuführleitung (Z2) mit dem zweiten Stromverteiler (B2) gekoppelt. Der zweite Verbraucher (V2) ist über die zweite Zuführleitung (Z2) mit dem zweiten Stromverteiler (B2) gekoppelt. Der Schalter (S) ist ausgebildet, den ersten elektrischen Verbraucher (V1) in einem Hauptschaltzustand (H1) über die erste Zuführleitung (Z1) mit der elektrischen Energiequelle (Q1, Q2) zu koppeln, und den ersten elektrischen Verbraucher (V1) in einem Hilfsschaltzustand (H2) über die zweite Zuführleitung (Z2) mit der elektrischen Energiequelle (Q1, Q2) zu koppeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems.
In modernen Fahrzeugen werden elektrische Komponenten eingesetzt, die eine hohe Verfügbarkeit erfordern. Beispielsweise werden zunehmend mechanische Komponenten durch sogenannte x-by-Wire-Systeme ersetzt. Dies sind Systeme, bei denen Fahrerwünsche und andere Funktionen elektrisch übertragen und beispielsweise mittels einer Elektrohydraulik betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise elektrische Schaltgetriebe (Gear-by-Wire), elektrische Lenksysteme (Steer-by-Wire) und Bremssysteme (Break-by-Wire). Insbesondere bei der elektrohydraulischen Bremse oder der elektrischen Lenkung ist eine ständige Energieversorgung notwendig, da der Fahrer nicht mehr direkt eingreifen kann.
Die DE 10 2012 202 009 A1 beschreibt ein Verfahren zur Spannungsstabilisierung in einem elektrischen Netz, insbesondere in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, an das mehrere Verbraucher angeschlossen sind, wobei an zumindest einem Verbraucher mittels einer verbraucherseitigen Überwachungseinheit die an diesem Verbraucher anliegende Spannung überwacht wird und wobei beim Detektieren eines verbraucherseitigen Spannungsabfalls dieser Verbraucher in einen leistungsreduzierten Betriebsmodus versetzt oder deaktiviert wird.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Energieversorgungssystem und ein korrespondierendes Verfahren zu schaffen, das einen Beitrag leistet, eine effiziente und zuverlässige Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug.
Das Energieversorgungssystem weist eine elektrische Energiequelle, einen ersten Stromverteiler und einen zweiten Stromverteiler auf. Des Weiteren weist das Energieversorgungssystem einen ersten elektrischen Verbraucher, einen zweiten elektrischen Verbraucher und einen Schalter auf, der dem ersten elektrischen Verbraucher zugeordnet ist.
Der Schalter ist mit einem ersten Eingang über eine erste Zuführleitung mit dem ersten Stromverteiler elektrisch gekoppelt. Der Schalter ist ferner mit einem zweiten Eingang über eine zweite Zuführleitung mit dem zweiten Stromverteiler elektrisch gekoppelt. Des Weiteren ist der zweite Verbraucher über die zweite Zuführleitung mit dem zweiten Stromverteiler elektrisch gekoppelt.
Der Schalter ist ausgebildet, den ersten elektrischen Verbraucher in einem Hauptschaltzustand über die erste Zuführleitung mit der elektrischen Energiequelle elektrisch zu koppeln. Der Schalter ist ferner ausgebildet, den ersten elektrischen Verbraucher in einem Hilfsschaltzustand über die zweite Zuführleitung mit der elektrischen Energiequelle elektrisch zu koppeln.
Dies hat den Vorteil, dass eine kostengünstige, redundante Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers ermöglicht wird.
Insbesondere ist der zweite Eingang des Schalters dabei über einen selben Ausgang des zweiten Stromverteilers elektrisch gekoppelt wie der zweite elektrische Verbraucher. Der erste elektrische Verbraucher ist somit in dem Hilfsschaltzustand des Schalters über denselben Ausgang des zweiten Stromverteilers mit der elektrischen Energiequelle elektrisch gekoppelt wie der zweite elektrische Verbraucher. In vorteilhafter Weise entfällt dadurch eine Notwendigkeit eines zusätzlichen Ausgangs eines Stromverteilers zur redundanten elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers. In diesem Zusammenhang entfällt ferner ein zusätzlicher Leiter von dem Stromverteiler zu dem ersten elektrischen Verbraucher, vielmehr kann ein bestehender Leiter von dem Stromverteiler zu dem zweiten elektrischen Verbraucher zur redundanten elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers verlängert beziehungsweise abgegriffen werden.
Der erste Stromverteiler kann beispielsweise identisch zu dem zweiten Stromverteiler sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Schalter ausgebildet, im Falle einer Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem Hauptschaltzustand des Schalters autonom in den Hilfsschaltzustand umzuschalten.
Dies hat den Vorteil, dass auf eine zusätzliche Verkabelung zur Übertragung von Steuersignalen hin zu dem Schalter verzichtet werden kann. Insbesondere kann durch die in diesem Zusammenhang kurze Signalverarbeitungskette ein Umschaltvorgang des Schalters zuverlässig und zeitnah zu der Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Schalter extern steuerbar ausgebildet.
In vorteilhafter Weise wird so zu einer besonders hohen Verfügbarkeit des ersten elektrischen Verbrauchers beigetragen. Beispielsweise kann eine Fernsteuerung des Schalters im Rahmen einer Servicediagnose erfolgen, beispielhaft aufgrund von einer detektierten und/oder zu erwartenden schlechten Steckverbindung in der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers im Hauptschaltzustand des Schalters.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der zweite elektrische Verbraucher räumlich nahe dem ersten elektrischen Verbraucher angeordnet.
Dies hat den Vorteil, dass die zweite Zuführleitung besonders kurz gehalten werden kann, so dass zu einer Einsparung von Material und Gewicht beigetragen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der erste elektrische Verbraucher ein sicherheitsrelevanter Verbraucher.
In vorteilhafter Weise ermöglicht das Energieversorgungssystem eine besonders hohe Ausfallsicherheit des sicherheitsrelevanten Verbrauchers. Beispielsweise ist der erste elektrische Verbraucher ein elektrisches Lenksystem (sogenanntes „Steer-by-Wire“) oder ein elektrohydraulisches Bremssystem (sogenanntes „Break-by-Wire“).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der zweite elektrische Verbraucher ein sicherheitsunkritischer Verbraucher.
Dies hat den Vorteil, dass bei der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem Hilfsschaltzustand des Schalters ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebs des Fahrzeugs ermöglicht wird. Der zweite elektrische Verbraucher ist beispielsweise ein Komfortsystem, dessen Ausfall von einem Fahrzeuginsassen mit hoher Wahrscheinlichkeit toleriert wird und/oder unbemerkt bleibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist dem ersten elektrischen Verbraucher lokal ein Energiespeicher zugeordnet, der ausgebildet ist, elektrische Energie für zumindest eine Zeitdauer eines Umschaltvorgangs des Schalters zum unterbrechungsfreien Betrieb des ersten elektrischen Verbrauchers bereitzustellen.
Dies hat den Vorteil, dass eine Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers auch während des Umschaltvorgangs des Schalters gewährleistet ist. In diesem Zusammenhang kann eine Schaltzeitanforderung an den Schalter gering gehalten werden.
Der Energiespeicher ist räumlich nahe dem ersten elektrischen Verbraucher angeordnet. Der Energiespeicher kann insbesondere eine Baueinheit mit dem ersten elektrischen Verbraucher bilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der zweite elektrische Verbraucher ausgebildet, im Hilfsschaltzustand des Schalters seine maximale Leistungsaufnahme zu reduzieren.
Dies hat den Vorteil, dass eine Überlastung der zweiten Zuführleitung verhindert werden kann. In vorteilhafter Weise kann die zweite Zuführleitung so material-, gewicht- und kostensparend ausgebildet sein. Insbesondere kann das Energieversorgungssystem so besonders einfach in ein bereits bestehendes Fahrzeugbordnetz integriert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist eine Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers extern steuerbar.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies ein Verhindern der Überlastung der zweiten Zuführleitung. Auf eine separate, dem zweiten elektrischen Verbraucher zugeordnete Steuereinheit zur autonomen Reduktion der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers kann in diesem Zusammenhang optional verzichtet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Betreiben des Energieversorgungssystems. Ein Unterbrechungskennwert wird ermittelt, der repräsentativ ist für eine Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem Hauptschaltzustand des Schalters. Der Schalter wird abhängig von dem Unterbrechungskennwert in den Hilfsschaltzustand geschaltet.
Dies hat den Vorteil, dass zu einer unterbrechungsfreien elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers beigetragen wird. Beispielsweise wird der Unterbrechungskennwert abhängig von einem Strom- und/oder Spannungsverlauf eingangsseitig des Schalters bezogen auf den ersten Eingang ermittelt. Insbesondere wird der Unterbrechungskennwert somit abhängig von einem Strom- und/oder Spannungsverlauf der ersten Zuführleitung ermittelt. Im Falle der Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers im Hauptschaltzustand des Schalters wird der Schalter in den Hilfsschaltzustand geschaltet.
Der Unterbrechungskennwert wird beispielsweise durch eine dem ersten elektrischen Verbraucher lokal zugeordnete Steuereinheit ermittelt. Alternativ erfolgt eine Ermittlung des Unterbrechungskennwerts beispielsweise durch eine extern zu dem ersten elektrischen Verbraucher angeordnete Steuereinheit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird ein Steuersignal extern zu dem Schalter erzeugt. Abhängig von dem Steuersignal wird der Schalter in den Hilfsschaltzustand geschaltet.
Dies hat den Vorteil, dass eine besonders hohe Ausfallsicherheit des ersten elektrischen Verbrauchers ermöglicht wird. Beispielsweise wird das Steuersignal in Rahmen einer Fernwartung erzeugt. Alternativ wird das Steuersignal beispielsweise abhängig von einem extern zu dem ersten elektrischen Verbraucher ermittelten Unterbrechungskennwert erzeugt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers abhängig von einem detektierten Strom- und/oder Spannungsverlauf der zweiten Zuführleitung reduziert.
Dies hat den Vorteil, dass eine Überlastung der zweiten Zuführleitung verhindert werden kann. In vorteilhafter Weise kann die zweite Zuführleitung so material-, gewicht- und kostensparend ausgebildet sein. Ferner kann in diesem Zusammenhang auf einen zusätzlichen Signalleiter zur Übertragung eines Stellsignals zur Reduktion der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers verzichtet werden. Beispielsweise ist dem zweiten elektrischen Verbraucher in diesem Zusammenhang eine Steuereinheit lokal zugeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers abhängig von dem Unterbrechungskennwert reduziert.
Dies hat den Vorteil, dass eine Überlastung der zweiten Zuführleitung verhindert werden kann. In vorteilhafter Weise kann die zweite Zuführleitung so material-, gewicht- und kostensparend ausgebildet sein. Ferner kann in diesem Zusammenhang auf eine separate, dem zweiten elektrischen Verbraucher zugeordnete Steuereinheit zur autonomen Reduktion der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers verzichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers abhängig von dem Steuersignal reduziert.
Dies hat den Vorteil, dass eine Überlastung der zweiten Zuführleitung verhindert werden kann. In vorteilhafter Weise kann die zweite Zuführleitung so material-, gewicht- und kostensparend ausgebildet sein. Ferner kann in diesem Zusammenhang auf eine separate, dem zweiten elektrischen Verbraucher zugeordnete Steuereinheit zur autonomen Reduktion der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers verzichtet werden.
Ausführungsbeispiele sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Energieversorgungssystem in schematischer Darstellung und
2 ein Ablaufdiagramm zum Betrieb des Energieversorgungssystems gemäß 1.
Ein Energieversorgungssystem 1 für ein Fahrzeug (1) weist eine erste elektrische Energiequelle Q1 sowie eine zweite elektrische Energiequelle Q2 auf, die elektrisch gekoppelt sind mit einem Leiter, umfassend einen ersten Abschnitt L1 und einen zweiten Abschnitt L2. Beispielsweise ist der Leiter dabei als Stromschiene ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiter als geschlossener Ringleiter ausgebildet. In anderen Ausführungsbeispielen zweigen sich beispielsweise der erste Abschnitt L1 und der zweite Abschnitt L2 in einem einzigen Knotenpunkt auf, ohne elektrische Kopplung in einem weiteren Knotenpunkt.
Die erste elektrische Energiequelle Q1 ist beispielsweise ein elektrischer Generator, wie zum Beispiel eine Lichtmaschine des Fahrzeugs, oder ein elektrischer Antrieb des Fahrzeugs in Generatorbetrieb. Die zweite elektrische Energiequelle Q2 ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Batterie oder ein Kondensator. Das Energieversorgungssystem 1 für das Fahrzeug kann auch als Bordnetz bezeichnet werden.
Das Energieversorgungssystem 1 umfasst einen ersten Stromverteiler B1 und einen zweiten Stromverteiler B2. Jedem Ausgang der Stromverteiler B1, B2 ist dabei beispielsweise eine elektrische Sicherung und/oder ein Schalter zugeordnet. In diesem Zusammenhang können die Stromverteiler B1, B2 auch als Sicherungsboxen bezeichnet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Stromverteiler B1 und der zweite Stromverteiler B2 zueinander beabstandet angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen kann der erste Stromverteiler B1 auch in einer Baueinheit mit dem zweiten Stromverteiler B2 ausgebildet sein.
Das Energieversorgungssystem 1 umfasst ferner einen ersten elektrischen Verbraucher V1, einen zweiten elektrischen Verbraucher V2 sowie optional weitere Verbraucher V3. Dem ersten elektrischen Verbraucher V1 ist dabei ein Schalter S zugeordnet. Der Schalter S bildet beispielsweise eine Baueinheit mit dem ersten elektrischen Verbraucher V1. Beispielsweise ist der Schalter S als elektromechanisches System oder als Halbleiter ausgebildet.
Der erste elektrische Verbraucher V1 ist insbesondere ein sicherheitsrelevanter Verbraucher, wie beispielsweise ein elektrisches Lenksystem des Fahrzeugs, oder ein elektrisches Bremssystem des Fahrzeugs. In anderen Ausführungsbeispielen ist der erste elektrische Verbraucher V1 ein sicherheitsunkritischer Verbraucher, dessen Ausfallsicherheit gegenüber anderen Verbrauchern V2, V3 des Energieversorgungssystems 1 priorisiert ist. Beispielsweise ist ein derartiger erster elektrischer Verbraucher V1 als Fahrtenschreiber ausgebildet.
Der zweite elektrische Verbraucher V2 ist insbesondere ein sicherheitsunkritischer Verbraucher, beispielsweise ein Komfortsystem des Fahrzeugs. Bevorzugt ist der zweite elektrische Verbraucher V2 dabei beispielsweise zumindest Teil eines Heiz- und/oder Kühlsystems, dessen Ausfall mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zumindest für kurze Zeit von einem Fahrzeuginsassen unbemerkt bleibt oder toleriert wird.
Der erste Abschnitt L1 des Leiters verbindet die elektrischen Energiequellen Q1, Q2 eingangsseitig mit dem ersten Stromverteiler B1. Der zweite Abschnitt L2 des Leiters verbindet die elektrischen Energiequellen Q1, Q2 eingangsseitig mit dem zweiten Stromverteiler B2.
Eine erste Zuführleitung Z1 verbindet den ersten Stromverteiler B1 ausgangsseitig mit einem ersten Eingang des Schalters S. Eine zweite Zuführleitung Z2 verbindet den zweiten Stromverteiler B2 ausgangsseitig mit einem zweiten Eingang des Schalters S. Abhängig von einem Schaltzustand des Schalters S ist der erste elektrische Verbraucher V1 so in einem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S über die erste Zuführleitung Z1 mit den elektrischen Energiequellen Q1, Q2 elektrisch gekoppelt und in einem Hilfsschaltzustand H2 des Schalters S über die zweite Zuführleitung Z2 mit den elektrischen Energiequellen Q1, Q2 elektrisch gekoppelt.
In anderen Worten erfolgt eine elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S über die erste Zuführleitung Z1 und den ersten Stromverteiler B1, insbesondere in einem Normalbetrieb des Energieversorgungssystems 1. Die elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hilfsschaltzustand H2 des Schalters S erfolgt über die zweite Zuführleitung Z2 und den zweiten Stromverteiler B2, beispielsweise als Rückfallebene im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung im Hauptschaltzustand H1, beispielhaft bedingt durch einen Kabelbruch oder Kontaktkorrosion.
Die zweite Zuführleitung Z2 verbindet dabei zusätzlich den zweiten Stromverteiler B2 ausgangsseitig mit dem zweiten elektrischen Verbraucher V2, so dass dieser mit den elektrischen Energiequellen Q1, Q2 elektrisch gekoppelt ist.
Ein Ausgang des zweiten Stromverteilers B2 zur elektrischen Kopplung des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 ist insbesondere identisch zu einem Ausgang des zweiten Stromverteilers B2 zur elektrischen Kopplung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 im Hilfsschaltzustand H2 des Schalters S. In vorteilhafter Weise kann dadurch die elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 ohne einen zusätzlichen Ausgang des zweiten Stromverteilers B2 gewährleistet werden. In diesem Zusammenhang entfällt beispielsweise zudem eine weitere, der elektrischen Kopplung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 zugeordnete elektrische Sicherung und/oder ein jeweiliger Schalter. Vielmehr kann eine der elektrischen Kopplung des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 zugeordnete elektrische Sicherung und/oder ein jeweiliger Schalter mitgenutzt werden, so dass sowohl Material und Kosten, als auch Bauraum und Gewicht gespart werden können. Insbesondere kann so eine Ausfallsicherheit der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 im Hinblick auf eine Leiterunterbrechung erhöht werden, ohne einen redundanten Stromverteiler, einen redundanten Stromverteilerausgang, eine redundante elektrische Sicherung und/oder einen redundanten Schalter zu verwenden.
Insbesondere ist der zweite elektrische Verbraucher V2 dabei räumlich nahe dem ersten elektrischen Verbraucher V1 angeordnet, so dass eine Länge der zweiten Zuführleitung Z2 kurz gehalten werden kann. Dadurch können in besonders vorteilhafter Weise sowohl Material und Kosten, als auch Bauraum und Gewicht gespart werden.
Ein derartiges Energieversorgungssystem weist also in anderen Worten diverse Vorteile im Hinblick auf ein Gewicht des Fahrzeugs und einen Kabelbaum des Fahrzeugs auf, da eine doppelte Redundanz entfällt. Da im Hinblick auf eine bestehende Topologie keine zusätzliche Ersatzleitung eingezogen werden muss, entfällt somit auch eine Absicherung dieser Ersatzleitung.
Der Schalter S ist insbesondere ausgebildet, im Falle einer Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S autonom in den Hilfsschaltzustand H2 umzuschalten, um eine kurze Umschaltdauer und damit eine möglichst unterbrechungsfreie elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang ist dem ersten elektrischen Verbraucher V1 beispielsweise ein Energiespeicher zugeordnet, beispielhaft eine Batterie und/oder ein Kondensator, durch die eine elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 für die Umschaltdauer des Schalters S gewährleistet werden kann. Der Energiespeicher kann insbesondere in einer Baueinheit mit dem ersten elektrischen Verbraucher V1 ausgebildet sein.
In anderen Ausführungsbeispielen weist der Schalter S beispielsweise eine zusätzliche Schalterstellung auf, die eine elektrische Kopplung von Teilbordnetzen ermöglicht, beispielsweise durch Verbinden zweier Segmente des Leiters.
Beispielsweise ist der Schalter zusätzlich extern steuerbar ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist dem Energieversorgungssystem 1 beispielsweise eine externe Steuereinheit E zugeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 steuerbar begrenzbar. In anderen Ausführungsbeispielen ist die zweite Zuführleitung Z2, der zweite Abschnitt L2 der Leitung sowie der zweite Stromverteiler B2 derart ausgebildet, dass die elektrische Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hilfsschaltzustand H2 des Schalters S sowie die elektrische Energieversorgung des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 für eine vorgegebene Zeitdauer schadfrei gewährleistet ist, beispielsweise um ein sicheres Halten des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich zu der externen Steuereinheit E ist dem ersten elektrischen Verbraucher V1 beziehungsweise dem Schalter S eine nicht näher dargestellte erste interne Steuereinheit zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist dem zweiten elektrischen Verbraucher V2 eine nicht näher dargestellte zweite interne Steuereinheit zugeordnet. In einem Daten- und Programmspeicher der externen Steuereinheit E und/oder der ersten internen Steuereinheit und/oder der zweiten internen Steuereinheit ist ein Programm zum Betreiben des Energieversorgungssystems 1 gespeichert, welches im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 erläutert wird.
Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S3 wird ein Unterbrechungskennwert U ermittelt, der repräsentativ ist für eine Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S. Beispielsweise ist der ersten internen Steuereinheit hierzu eine Sensoreinheit zugeordnet, die einen Strom- und/oder Spannungsverlauf eingangsseitig des Schalters S bezogen auf den zweiten Eingang erfasst, so dass die Unterbrechung detektiert werden kann. Dies kann sowohl analog als auch zumindest teilweise digital erfolgen. In anderen Ausführungsbeispielen wird alternativ oder zusätzlich ein Sensorsignal der Sensoreinheit der externen Steuereinheit E bereitgestellt.
Im Falle, dass eine Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S vorliegt, wird das Programm in einem Schritt S5 fortgesetzt. Anderenfalls wird das Programm in dem Schritt S9 fortgesetzt.
In dem Schritt S5 wird der Schalter S in den Hilfsschaltzustand H2 umgeschaltet. Beispielsweise erfolgt ein Umschalten des Schalters S dabei autonom, das heißt gesteuert durch die erste interne Steuereinheit, oder aber aufgrund eines Steuersignals der externen Steuereinheit E. Die Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 erfolgt für die Umschaltdauer des Schalters S beispielsweise über den dem ersten elektrischen Verbraucher V1 zugeordneten Energiespeicher. Das Programm wird optional in dem Schritt S7 fortgesetzt.
In dem Schritt S7 wird die maximale Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 begrenzt. In vorteilhafter Weise wird dadurch eine Überlastung des Energieversorgungssystems 1, insbesondere der zweiten Zuführleitung Z2 und des zweiten Stromverteilers B2, verhindert. Beispielsweise wird die maximale Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 in diesem Zusammenhang auf 0 Watt begrenzt, der zweite elektrische Verbraucher V2 wird also in anderen Worten abgeschaltet.
Beispielsweise ist dem zweiten elektrischen Verbraucher V2 in diesem Zusammenhang eine Sensoreinheit lokal zugeordnet, die einen Strom- und/oder Spannungsverlauf der zweiten Zuführleitung Z2 erfasst, so dass das Umschalten des Schalters S in den Hilfsschaltzustand H2 detektiert werden kann. In diesem Zusammenhang erfolgt ein Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 beispielsweise autonom, das heißt gesteuert durch die zweite interne Steuereinheit. In anderen Ausführungsbeispielen erfolgt das Begrenzen der maximalen Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers V2 beispielsweise abhängig von einem Steuersignal der externen Steuereinheit E oder der ersten internen Steuereinheit. Das Programm wird anschließend beendet.
In dem Schritt S9 wird ein Statuskennwert M ermittelt, abhängig von einer zu erwartenden Beeinträchtigung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S. Beispielsweise ist bei einer mangelhaften Steckverbindung der elektrischen Kopplung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 oder nach einer vorgegebenen Zeitdauer, beispielsweise einem Serviceintervall, die Beeinträchtigung zu erwarten. Im Falle, dass der Statuskennwert M repräsentativ ist für eine zu erwartende Beeinträchtigung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 in dem Hauptschaltzustand H1 des Schalters S wird das Programm in dem Schritt S11 fortgesetzt. Anderenfalls wird das Programm in dem Schritt S3 fortgesetzt.
In dem Schritt S11 wird ein Steuersignal durch die externe Steuereinheit E erzeugt. Beispielsweise kann so zu einer Ausfallsicherheit der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 beigetragen werden, in dem beispielhaft im Rahmen einer Servicediagnose des Energieversorgungssystems 1 prophylaktisch in den Hilfsschaltzustand H2 des Schalters S umgeschaltet wird. Hierzu wird das Programm in dem Schritt S5 fortgesetzt.
Beispielsweise kann das Fahrzeug als Sonderschutzfahrzeug ausgebildet sein, so dass in dem Schritt S11 der Schalter S ebenfalls bei detektiertem Beschuss auf Seite des ersten Stromverteilers B1 in den Hilfsschaltzustand H2 umgeschaltet werden kann, um eine zu erwartende Beeinträchtigung der elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers V1 prophylaktisch zu umgehen.
Bezugszeichenliste

1: Energieversorgungssystem
Q1, Q2: Energiequelle
V1, V2: elektrischer Verbraucher
Z1, Z2: Zuführleitung
L1, L2: Abschnitt
S: Schalter
H1, H2: Schaltzustand
U: Unterbrechungskennwert
M: Statuskennwert
E: externe Steuereinheit
S1, ..., S11: Programmschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012202009 A1 [0003]

Claims

Energieversorgungssystem (1) für ein Fahrzeug mit – einer elektrischen Energiequelle (Q1, Q2), – einem ersten Stromverteiler (B1), – einem zweiten Stromverteiler (B2), – einem ersten elektrischen Verbraucher (V1), – einem zweiten elektrischen Verbraucher (V2), und – einem Schalter (S), der dem ersten elektrischen Verbraucher (V1) zugeordnet ist, wobei – der Schalter (S) mit einem ersten Eingang über eine erste Zuführleitung (Z1) mit dem ersten Stromverteiler (B1) gekoppelt ist und mit einem zweiten Eingang über eine zweite Zuführleitung (Z2) mit dem zweiten Stromverteiler (B2) gekoppelt ist, – der zweite Verbraucher (V2) über die zweite Zuführleitung (Z2) mit dem zweiten Stromverteiler (B2) gekoppelt ist, und – der Schalter (S) ausgebildet ist, den ersten elektrischen Verbraucher (V1) in einem Hauptschaltzustand (H1) über die erste Zuführleitung (Z1) mit der elektrischen Energiequelle (Q1, Q2) zu koppeln, und den ersten elektrischen Verbraucher (V1) in einem Hilfsschaltzustand (H2) über die zweite Zuführleitung (Z2) mit der elektrischen Energiequelle (Q1, Q2) zu koppeln.
Energieversorgungssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem – der Schalter (S) ausgebildet ist, im Falle einer Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers (V1) in dem Hauptschaltzustand (H1) des Schalters (S) autonom in den Hilfsschaltzustand (H2) umzuschalten.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Schalter (S) extern steuerbar ausgebildet ist.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, bei dem – der zweite elektrische Verbraucher (V2) räumlich nahe dem ersten elektrischen Verbraucher (V1) angeordnet ist.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem – der erste elektrische Verbraucher (V1) ein sicherheitsrelevanter Verbraucher ist.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem – der zweite elektrische Verbraucher (V2) ein sicherheitsunkritischer Verbraucher ist.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, bei dem dem ersten elektrischen Verbraucher (V1) lokal ein Energiespeicher zugeordnet ist, der ausgebildet ist, elektrische Energie für zumindest eine Zeitdauer eines Umschaltvorgangs des Schalters (S) zum unterbrechungsfreien Betrieb des ersten elektrischen Verbrauchers (V1) bereitzustellen.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem – der zweite elektrische Verbraucher (V2) ausgebildet ist, im Hilfsschaltzustand (H2) des Schalters (S) seine maximale Leistungsaufnahme zu reduzieren.
Energieversorgungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem – eine Leistungsaufnahme des zweiten elektrischen Verbrauchers (V2) extern steuerbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüchen 1 bis 9, wobei – ein Unterbrechungskennwert (U) ermittelt wird, der repräsentativ ist für eine Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung des ersten elektrischen Verbrauchers (V1) in dem Hauptschaltzustand (H1) des Schalters (S), und – der Schalter (S) abhängig von dem Unterbrechungskennwert (U) in den Hilfsschaltzustand (H2) geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem – ein Steuersignal extern zu dem Schalter (S) erzeugt wird und – der Schalter (S) abhängig von dem Steuersignal in den Hilfsschaltzustand (H2) geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 oder 11, bei dem – eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers (V2) abhängig von einem detektierten Strom- und/oder Spannungsverlauf der zweiten Zuführleitung (Z2) reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, bei dem – eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers (V2) abhängig von dem Unterbrechungskennwert (U) reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 13, bei dem – eine maximale Leistungsaufnahme des zweiten Verbrauchers (V2) abhängig von dem Steuersignal reduziert wird.