DE102016101855A1

DE102016101855A1 - Redundant switching system

Info

Publication number: DE102016101855A1
Application number: DE102016101855.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Betscher; Wacim Tazarine
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Redundantes Schaltsystem 2 für ein Fahrzeugbordnetz mit zumindest zwei elektrischen Energieversorgungen 4a, 4b eines Verbrauchers 6, umfassend, ein Schaltnetzwerk 28 gebildet aus zumindest drei Schaltern 14, 16, 18, wobei ein erster Schalter 16 zwischen einem Anschluss für eine erste Energieversorgung 4a und einem gemeinsamen Knotenpunkt 8 angeordnet ist, ein zweiter Schalter 18 zwischen einem Anschluss für eine zweite Energieversorgung 4b und dem gemeinsamen Knotenpunkt 8 angeordnet ist, und ein dritter Schalter 14 zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt 8 und einem Anschluss für den Verbraucher 6 angeordnet ist.Redundant switching system 2 for a vehicle electrical system with at least two electrical power supplies 4a, 4b of a consumer 6, comprising, a switching network 28 formed from at least three switches 14, 16, 18, wherein a first switch 16 between a terminal for a first power supply 4a and a common Node 8 is arranged, a second switch 18 is disposed between a terminal for a second power supply 4b and the common node 8, and a third switch 14 between the common node 8 and a terminal for the consumer 6 is arranged.

Description

Der Gegenstand betrifft ein redundantes Schaltsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem redundanten Schaltsystem.The subject matter relates to a redundant switching system and to a motor vehicle having a redundant switching system.

Der Anteil an elektrisch betriebenen Fahrzeugen, sogenannten electric vehicles (EV), sei es hybride elektrische Fahrzeuge (EHV), batterie-elektrische Fahrzeuge (BEV) oder auch Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) wird in Zukunft rapide ansteigen. Bei den elektrischen Fahrzeugen wird ein elektrischer Antriebsmotor, auch Traktionsmotor genannt, von in dem Fahrzeug verbauten elektrischen Energieversorgungen gespeist. Die elektrische Energie für den Traktionsmotor kann dabei von einem Generator stammen oder auch von elektrischen Energiespeichern, z. B. Akkumulatoren. Über geeignete Verschaltungen, beispielsweise über DC/DC Wandler oder AC/DC Wandler, werden die Energieversorgungen an den Traktionsmotor elektrisch angeschlossen. Diese Anschlusskonzepte können Teil des gegenständlichen Schaltsystems sein.The proportion of electric vehicles (EV), whether hybrid electric vehicles (EHV), battery-electric vehicles (BEV) or fuel cell vehicles (FCV) will increase rapidly in the future. In the electric vehicles, an electric drive motor, also called a traction motor, fed by built-in vehicle electrical power supplies. The electrical energy for the traction motor can come from a generator or from electrical energy storage, eg. B. accumulators. About suitable interconnections, for example via DC / DC converter or AC / DC converter, the power supplies to the traction motor are electrically connected. These connection concepts can be part of the subject switching system.

Die Akzeptanz von Elektromobilität ist ganz entscheidend von der Zuverlässigkeit von solchen elektrischen Fahrzeugen abhängig. Ausfälle von Antrieben werden durch die Nutzer kaum toleriert werden. Dieses Problem wird zunehmend virulent, wenn die elektrischen Fahrzeuge als autonom betriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Der Trend zu autonom fahrenden Autos ist ungebrochen und führt zu weiteren Fragen hinsichtlich der Ausfallsicherheit.The acceptance of electromobility is crucially dependent on the reliability of such electric vehicles. Failures of drives will hardly be tolerated by the users. This problem is becoming increasingly virulent when electric vehicles are used as autonomous vehicles. The trend towards autonomously driving cars is unbroken and leads to further questions regarding reliability.

Auch ein autonom betriebenes Fahrzeug kann mit einem gegenständlichen Schaltsystem ausgestattet sein. Durch die Autonomie des Fahrens ist der Schutz vor Ausfällen des Antriebsstrang besonders wichtig. Der Fahrer greift beim autonomen Fahren nicht mehr in den Fahrprozess ein und ein Fehler am Antriebsstrang kann durch die fehlende Überwachung durch den Fahrzeugführer zu erheblichen Unfallrisiken führen. Diese gilt es zu vermeiden. Nicht nur der Antriebsstrang, sondern alle weiteren sicherheitskritischen Verbraucher müssen vorzugsweise redundant abgesichert sein. Hierzu zählen z. B. die Lenkung, insbesondere der Servomotor für die Lenkung oder das Bremsaggregat sowie alle weiteren Verbraucher, die bei einem Ausfall zu einem sicherheitskritischen Zustand führen können.An autonomously operated vehicle can also be equipped with an objective switching system. Due to the autonomy of driving, the protection from drive train failure is particularly important. The driver does not intervene in the driving process during autonomous driving and a fault in the drive train can lead to considerable accident risks due to the lack of monitoring by the driver. These should be avoided. Not only the powertrain, but all other safety-critical consumers must preferably be redundantly secured. These include z. As the steering, in particular the servo motor for the steering or the brake unit and all other consumers that can lead to a safety-critical state in case of failure.

Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, ein redundantes Schaltsystem für ein Fahrzeugbordnetz mit zumindest zwei elektrischen Energieversorgungen und einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Mit Hilfe des gegenständlichen Schaltsystems ist es möglich, die Ausfallsicherheit des Verbrauchers erheblich zu erhöhen. Durch eine geschickte Anordnung von einer Anzahl von Schaltern zwischen den Energieversorgungen und dem Verbraucher wird die Ausfallsicherheit erhöht.For this reason, the object was the object to provide a redundant switching system for a vehicle electrical system with at least two electrical power supplies and a consumer available. With the help of the subject switching system, it is possible to significantly increase the reliability of the consumer. By a clever arrangement of a number of switches between the power supplies and the consumer, the reliability is increased.

Verbraucher im Sinne des Gegenstandes sind z. B. der Traktionsmotor, Servomotoren für die Lenkung, das Bremsaggregat oder andere, sicherheitsrelevante Verbraucher. Gegenständlich wird durch die zwei Schalter eine zweikanalige Energieversorgung für einen Verbraucher ermöglicht.Consumers in the sense of the subject are z. As the traction motor, servomotors for the steering, the brake unit or other safety-related consumers. Concretely, a two-channel power supply for a consumer is made possible by the two switches.

Gegenständlich wird ein erster Schalter zwischen einer ersten Energieversorgung und einem gemeinsamen Knotenpunkt vorgesehen. Ein zweiter Schalter wird zwischen einer zweiten Energieversorgung und dem gemeinsamen Knotenpunkt vorgesehen. Der gemeinsame Knotenpunkt ist ein elektrisch mit den Ausgängen von den beiden mit einer jeweiligen der Energieversorgungen verbundenen Schaltern kurzgeschlossener Leiter. Die Schalter sind so angeordnet, dass sie eingangsseitig mit den jeweiligen Energieversorgungen verbunden werden können. Ausgangsseitig der Schalter werden diese über den gemeinsamen Knotenpunkt miteinander kurzgeschlossen.Concretely, a first switch is provided between a first power supply and a common node. A second switch is provided between a second power supply and the common node. The common node is electrically shorted to the outputs of the two switches connected to a respective one of the power supplies. The switches are arranged so that they can be connected on the input side to the respective power supplies. On the output side of the switches they are shorted together via the common node.

Ausgehend von dem gemeinsamen Knotenpunkt verläuft dann eine elektrische Verbindung zu einem Verbraucher. In dieser zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und dem Verbraucher verlaufenden Leitung ist ein dritter Schalter vorgesehen.Starting from the common node then runs an electrical connection to a consumer. In this running between the common node and the consumer line a third switch is provided.

Die Schalter lassen sich über entsprechende Steuerbefehle an- und ausschalten. Im Normalfall dient eine der Energieversorgungen für den Betrieb des Verbrauchers. Durch eine zweite Energieversorgung wird die Energieversorgung des Verbrauchers redundant ausgestaltet. Um parasitäre Stromflüsse zwischen den beiden Energieversorgungen auszuschließen, ist für jeden der Energieversorgungen jeweils ein Schalter vorgesehen. Hierüber kann verhindert werden, dass Ausgleichströme zwischen den Energieversorgungen fließen.The switches can be switched on and off via corresponding control commands. Normally, one of the power supplies for the operation of the consumer. By a second power supply, the power supply of the consumer is designed redundant. To exclude parasitic current flows between the two power supplies, a switch is provided for each of the power supplies. This can be used to prevent leakage currents flowing between the power supplies.

Darüber hinaus ist es aus sicherheitstechnischen Gründen notwendig, die Energieversorgungen vom Verbraucher trennen zu können. Aus diesem Grunde ist gegenständlich der dritte Schalter vorgesehen, der zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und dem Anschluss für den Verbraucher angeordnet ist.In addition, for safety reasons, it is necessary to be able to disconnect the power supplies from the consumer. For this reason, the third switch is objectively provided, which is arranged between the common node and the terminal for the consumer.

Im Betrieb arbeitet das redundante Schaltsystem derart, dass für eine Stromlosschaltung des Verbrauchers in der Regel der dritte Schalter geöffnet wird.During operation, the redundant switching system operates in such a way that the third switch is normally opened for a current-less connection of the consumer.

An jedem der Schalter kann ein Statussensor vorgesehen sein, der den Status des jeweiligen Schalters überwacht. Am dritten Schalter kann somit bei der Stromlosschaltung überwacht werden, ob dieser tatsächlich geöffnet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Verbraucher von den Energieversorgungen getrennt ist.At each of the switches, a status sensor may be provided which monitors the status of each switch. At the third switch can thus be monitored in the power-off circuit, whether this is actually open. This ensures that the consumer is disconnected from the power supplies.

Wird jedoch festgestellt, dass der Schalter trotz eines Befehls zum Öffnen nicht richtig öffnet, beispielsweise weil er verklebt oder verschweißt ist, kann ein Steuerbefehl den ersten und den zweiten Schalter öffnen. Hierdurch werden die Energieversorgungen ebenfalls von dem Verbraucher getrennt. Das sich hieraus ergebene Schaltkonzept bietet eine Redundanz bei der Trennung des Verbrauchers von den Energieversorgungen.However, if it is determined that the switch does not open properly despite an open command, for example because it is glued or welded, a control command may open the first and second switches. As a result, the power supplies are also disconnected from the consumer. The resulting switching concept provides redundancy in the separation of the load from the power supplies.

Im Fahrbetrieb ist der dritte Schalter in der Regel immer geschlossen. Darüber hinaus ist zumindest eine der Energieversorgungen mit dem Verbraucher elektrisch verbunden. Hierzu wird mittels eines Schaltbefehls entweder der erste oder der zweite Schalter geschlossen. Energie fließt somit von einer der Energieversorgungen über den jeweiligen Schalter zu dem Verbraucher. Wird festgestellt, dass der zu schließende Schalter nicht geschlossen wurde oder dass der Stromfluss zwischen dem Verbraucher und der Energieversagung zusammenbricht, obwohl der Verbraucher nach wie vor angesteuert werden soll, was zum Beispiel dann passiert, wenn die mit dem Verbraucher verbundene Energieversorgung defekt ist, kann ein Steuersignal für den jeweils anderen Schalter erzeugt werden, mit dem dieser geschlossen wird und der Verbraucher über die jeweils andere Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird. Dies führt zu einer erheblich höheren Ausfallsicherheit, da der Verbraucher stets mit einer der beiden Energieversorgungen verbunden sein kann.When driving, the third switch is usually always closed. In addition, at least one of the power supplies is electrically connected to the consumer. For this purpose, either the first or the second switch is closed by means of a switching command. Energy thus flows from one of the power supplies via the respective switch to the consumer. If it is determined that the switch to be closed has not been closed or that the current flow between the consumer and the power failure collapses, although the consumer is still to be controlled, which happens, for example, when the power supply connected to the consumer is defective a control signal for the respective other switch are generated, with which it is closed and the consumer is supplied via the respective other power supply with electrical energy. This leads to a significantly higher reliability, since the consumer can always be connected to one of the two power supplies.

Auch ist es möglich, im Betrieb beide Schalter zwischen dem Knotenpunkt und den jeweiligen Energieversorgungen zu schließen. Hierdurch ist ein Ausgleichsstrom zwischen den Energieversorgungen möglich. Z. B. kann eine erste Energieversorgung einen Generator aufweisen. Dieser Generator kann über einen optionalen Wandler, z. B. einen AC/DC Wandler oder einen DC/DC Wandler und das Schaltsystem die zweite Energieversorgung, z. B. einen Akkumulator, laden.It is also possible to close both switches between the node and the respective power supplies during operation. As a result, a compensation current between the power supplies is possible. For example, a first power supply may include a generator. This generator can be connected via an optional converter, eg. As an AC / DC converter or a DC / DC converter and the switching system, the second power supply, for. B. an accumulator, load.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das redundante Schaltsystem in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut ist. Insofern wird vorgeschlagen, dass die Schalter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und dass an dem Gehäuse elektrische Kontakte für den Anschluss für die erste Energieversorgung, den Anschluss für die zweite Energieversorgung und den Anschluss für den Verbraucher angeordnet sind. In dem Gehäuse können die Schalter samt elektronischer Ansteuerung verbaut sein. Das Gehäuse kann das Schaltsystem von dem übrigen Bordnetzsystem kapseln. Über entsprechende Anschlüsse, beispielsweise Kontaktlaschen, lassen sich die Leitungen zu den jeweiligen Energieversorgungen bzw. zu dem Verbraucher anschließen.According to one embodiment, it is proposed that the redundant switching system is installed in a common housing. In this respect, it is proposed that the switches are arranged in a common housing, and that are arranged on the housing electrical contacts for the connection for the first power supply, the connection for the second power supply and the connection for the consumer. In the housing, the switch can be installed with electronic control. The housing can encapsulate the switching system of the rest of the electrical system. About appropriate connections, such as contact tabs, the cables can be connected to the respective power supplies or to the consumer.

Es ist jedoch auch möglich, dass die Schalter dezentral in dem Bordnetz angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Schalter jeweils in der Nähe der jeweiligen Energieversorgung angeordnet sind. Die beiden Schalter sind räumlich voneinander getrennt, elektrisch jedoch über eine gemeinsame Leitung, die den Knotenpunkt bildet, miteinander kurzgeschlossen. Der dritte Schalter kann unmittelbar am Verbraucher angeordnet sein. Auch kann der dritte Schalter unmittelbar an einer Abzweigung von dem gemeinsamen Knotenpunkt zu einer Leitung zu dem Verbraucher vorgesehen sein.However, it is also possible that the switches are arranged decentrally in the electrical system, wherein the first and the second switch are each arranged in the vicinity of the respective power supply. The two switches are spatially separated, but electrically shorted together via a common line forming the node. The third switch can be arranged directly on the consumer. Also, the third switch may be provided immediately at a branch from the common node to a line to the consumer.

In dem Fall, in dem das Schaltsystem zentral aufgebaut ist, wird vorgeschlagen, dass die Schalter auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. In diesem Fall lassen sich vorzugsweise elektronische Bauelemente, wie beispielsweise Halbleiterbauelemente, insbesondere Halbleiterschalter, auf einer Leiterplatte anordnen und über eine geeignete Ansteuerelektronik ansteuern. Hierdurch wird auf einer kompakten Baugruppe das gesamte redundante Schaltsystem realisiert, welches vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut, insbesondere vergossen sein kann.In the case where the switching system is centrally constructed, it is proposed that the switches are arranged on a common printed circuit board. In this case, preferably electronic components, such as semiconductor devices, in particular semiconductor switches, can be arranged on a printed circuit board and controlled via a suitable control electronics. As a result, the entire redundant switching system is realized on a compact assembly, which preferably installed in a common housing, in particular can be cast.

Die Schalter sind vorzugsweise reversibel schaltbar und unterscheiden sich somit von herkömmlichen Sicherungen, die jeweils nur einmal schaltbar sind. Die Schalter lassen sich häufig an- und ausschalten, wodurch ein Schaltbetrieb des redundanten Schaltsystems über die Lebensdauer der Fahrzeugs gewährleistet ist.The switches are preferably reversibly switchable and thus differ from conventional fuses, which are each only switchable once. The switches can be turned on and off frequently, whereby a switching operation of the redundant switching system over the life of the vehicle is guaranteed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Schalter, wie bereits zuvor erläutert, Halbleiterbauelemente. Dies können insbesondere Transistoren, vorzugsweise MOSFETs sein. Es ist jedoch auch möglich, die Schalter als Relais oder Schütze auszugestalten.According to one embodiment, the switches, as already explained above, semiconductor devices. These may in particular be transistors, preferably MOSFETs. However, it is also possible to design the switches as relays or contactors.

Die Schalter haben eine Stromtragfähigkeitvon über 100 A, insbesondere über 200 A, vorzugsweise mehr als 300 A. Die Schalter können Ströme von über 100 A, vorzugsweise über 200 A, insbesondere über 300 A sicher schalten, ohne dass diese nachhaltig beschädigt werden. Die Schalter können auch aus einer Kaskade von mehreren Halbleiterschaltern gebildet sein. Auch können mehrere Halbleiterschalter parallel zueinander geschaltet sein, so dass die Schaltleistung jedes einzelnen Schalters geringer ist.The switches have a current carrying capacity of more than 100 A, in particular more than 200 A, preferably more than 300 A. The switches can safely switch currents of more than 100 A, preferably more than 200 A, in particular more than 300 A, without sustainably damaging them. The switches can also be formed from a cascade of a plurality of semiconductor switches. Also, a plurality of semiconductor switches may be connected in parallel to each other, so that the switching power of each switch is lower.

Auch kann es sinnvoll sein, die Schalter mit unterschiedlichen Schaltfähigkeiten und/oder Stromtragfähigkeiten zu gestalten. So können der erste und der zweite Schalter gleicher Bauart sein, und der dritte Schalter kann z. B. hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und/oder der Schaltfähigkeit geringer dimensioniert sein. Ausgleichsströme zwischen den Energieversorgungen können auch bis zu 300 A betragen, Betriebsströme für einen Verbraucher z. B. nur 10 bis 50 A. Entsprechende wären die beiden ersten Schalter für 300 A Stromtragfähigkeit auszulegen, der dritte Schalter für nur 50 A.It may also be useful to design the switches with different switching capabilities and / or current carrying capabilities. So can the first and be the second switch of the same type, and the third switch can, for. B. be dimensioned smaller in terms of current carrying capacity and / or switching capability. Equalization currents between the power supplies can also be up to 300 A, operating currents for a consumer z. B. only 10 to 50 A. Correspondingly, the first two switches for 300 A ampacity should be interpreted, the third switch for only 50 A.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Halbleiterschalter derart verschaltet sind, dass deren Bodydioden an dem ersten und dem zweiten Schalter gegenläufig geschaltet sind. D. h., dass die Stromflussrichtungen der beiden Bodydioden gegenläufig sind. Insbesondere sind die Stromflussrichtungen der Dioden entweder von dem Knotenpunkt wegweisend oder auf den Knotenpunkt zuweisend. Dies schließt einen Stromfluss über die Dioden von der ersten Energieversorgung zu der zweiten Energieversorgung und umgekehrt aus.According to one embodiment, it is proposed that the semiconductor switches are connected in such a way that their body diodes are connected in opposite directions at the first and the second switch. This means that the current flow directions of the two body diodes are in opposite directions. In particular, the current flow directions of the diodes are indicative of either the nodal point or the nodal point. This eliminates current flow across the diodes from the first power supply to the second power supply and vice versa.

Auch wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungen des Verbrauchers als Energiespeicher gebildet sind. Dies können insbesondere Akkumulatoren oder Batterien sein. Auch können die Energieversorgungen DC/DC Wandler oder Generatoren bzw. die daran angeschlossenen DC/AC Wandler sein.It is also proposed that the energy supplies of the consumer are formed as energy storage. These may be in particular accumulators or batteries. The power supplies can also be DC / DC converters or generators or the DC / AC converters connected thereto.

Ausgehend von dem Knotenpunkt ist das Schaltsystem über den dritten Schalter und vorzugsweise ein einziges Energiekabel mit dem Verbraucher verbunden. Zwischen dem Knotenpunkt bzw. dem dritten Schalter und dem Verbraucher kann auch noch eine Steuerelektronik für den Verbraucher vorgesehen sein, welche gegenständlich als zum Verbraucher zugehbrig gezählt wird. Das Energiekabel kann dabei vorzugsweise aus einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein. Das Energiekabel ist insbesondere ein geschirmtes Energiekabel. Vorzugsweise ist das Energiekabel als zweiadriges Kabel gebildet, bei dem auch die Masserückführung in dem Kabel gewährleitet ist und nicht, wie sonst üblich, über die Karosse realisiert wird.Starting from the node, the switching system via the third switch and preferably a single power cable is connected to the consumer. Between the node or the third switch and the consumer may also be provided an electronic control unit for the consumer, which is objectively counted as belonging to the consumer. The energy cable can preferably be formed from a copper material or an aluminum material. The power cable is in particular a shielded power cable. Preferably, the power cable is formed as a two-core cable, in which the Masserückführung is guaranteed in the cable and not, as usual, is realized on the body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine erste Energieversorgung über ein Energiekabel mit dem ersten Schalter elektrisch verbunden ist und dass die zweite Energieversorgung über ein Energiekabel mit dem zweiten Schalter elektrisch verbunden ist. Diese Energiekabel können entsprechend dem Energiekabel, mit welchem das Schaltsystem mit dem Traktionsmotor verbunden ist, gebildet sein. Insbesondere können die gegenständlichen Energiekabel aus Kupferwerkstoff oder Aluminiumwerkstoff gebildet sein. Auch sind die Kabel vorzugsweise als aus Vollmaterial gebildete Flachleitungen gebildet. Insbesondere können dies Doppelflachleitungen sein, bei denen die Leitungen übereinander verlaufend geführt sind und vorzugsweise gemeinsam geschirmt sind. Über die Energiekabel erfolgt der Stromfluss von und zu den Energieversorgungen bzw. dem Verbraucher, d. h. dass sowohl Potentialzuführung als auch Masserückführung über das Energiekabel bzw. dessen beiden Adern realisiert wird.According to one exemplary embodiment, it is proposed that a first energy supply is electrically connected to the first switch via a power cable and that the second energy supply is electrically connected to the second switch via a power cable. These power cables may be formed according to the power cable with which the switching system is connected to the traction motor. In particular, the physical energy cables can be made of copper material or aluminum material. Also, the cables are preferably formed as formed of solid material flat cables. In particular, these may be double flat cables, in which the lines are guided running one above the other and are preferably shielded together. The power flow from and to the power supplies or the consumer, ie. H. that both potential supply and earth return via the power cable or its two wires is realized.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine Masserückführung von dem Verbraucher über das Schaltsystem zu den jeweiligen Energieversorgungen erfolgt. Hierbei sind die Energiekabel vorzugsweise zweiadrig und insbesondere geschirmt. Das Schaltsystem verfügt neben den Schaltern vorzugsweise über einen Strompfad für die Masserückführung, so dass die zweiadrigen Energiekabel auch an das Schaltsystem angeschlossen werden können. Insbesondere wird auch in dem Gehäuse sowohl die Stromzuführung als auch die Masserückführung realisiert.According to one exemplary embodiment, it is proposed that a mass return from the consumer takes place via the switching system to the respective energy supplies. In this case, the energy cables are preferably two-wire and in particular shielded. In addition to the switches, the switching system preferably has a current path for the earth return, so that the two-wire energy cables can also be connected to the switching system. In particular, both the power supply and the earth return is realized in the housing.

In der Stromzuführung, also High-side, sind vorzugsweise die Schalter vorgesehen und in der Masserückführung, also Low-side erfolgt ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Kontakten des Schaltsystems, insbesondere zwischen den elektrischen Kontakten des Gehäuses. Dieser Kurzschluss erfolgt vorzugsweise über Leitungen innerhalb des Gehäuses. Das Gehäuse ist dabei vorzugsweise ebenfalls geschirmt und insbesondere mit der Schirmung der Energiekabel elektrisch kurzgeschlossen. Hierdurch wird eine durchgehende Schirmung des Schaltsystems gewährleistet.In the power supply, so high-side, the switches are preferably provided and in the ground return, so low-side is a short circuit between the electrical contacts of the switching system, in particular between the electrical contacts of the housing. This short circuit is preferably via lines within the housing. The housing is preferably also shielded and in particular electrically shorted to the shield of the power cable. As a result, a continuous shielding of the switching system is ensured.

Auch wird vorgeschlagen, dass die Schalter bzw. das Schaltsystem high-side angeordnet ist, also mit dem positiven Potential der Energieversorgungen. Auf der anderen Seite kann es auch sinnvoll sein, die Schalter bzw. das Schaltsystem low-side mit den Energieversorgungen zu verbinden. Das kann insbesondere zu dem Vorteil führen, dass die Betriebsspannung für die Schalter, insbesondere die Halbleiterschalter nicht noch zusätzlich über dem Potential der Energieversorgung liegen muss. Bei 12 V Bordnetzspannung muss bei einem Anschluss an high-side die Spannung an den Schaltern darüber liegen, also z. B. 17 oder 24 V. wogegen bei einem low-side Anschluss die Versorgungsspannung für die Schalter nur 5 V bzw. 12 V betragen muss.It is also proposed that the switch or the switching system is arranged high-side, ie with the positive potential of the power supplies. On the other hand, it may also be useful to connect the switches or the switching system low-side with the power supplies. This can in particular lead to the advantage that the operating voltage for the switches, in particular the semiconductor switches does not have to be additionally above the potential of the power supply. At 12 V vehicle electrical system voltage must be at a connection to high-side the voltage at the switches above it, so z. B. 17 or 24 V. whereas in a low-side connection, the supply voltage for the switch must be only 5 V or 12 V.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Steuerleitung für jeweils einen der Schalter an den Schalter geführt ist. Insbesondere bei einer dezentralen Anordnung der Schalter wird jeder Schalter über eine separate Steuerleitung angesteuert.According to one embodiment, it is provided that a control line is guided for each one of the switches to the switch. In particular, in a decentralized arrangement of the switches, each switch is controlled via a separate control line.

Auch wird vorgeschlagen, dass die Steuerleitung als Datenbus gebildet ist und vorzugsweise als ein einziges Kabel, gegebenenfalls auch als ein mehradriges Kabel mit dem Schaltsystem verbunden ist. Über diesen Datenbus können die Steuerbefehle für vorzugsweise alle drei Schalter auf einer Steuerleitung geführt werden. Diese Steuerleitung wird vorzugsweise an ein zentrales Schaltsystem, welches vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet ist, angeschlossen, so dass der Verkabelungsaufwand minimiert wird.It is also proposed that the control line is formed as a data bus and preferably connected as a single cable, possibly also as a multi-core cable to the switching system is. About this data bus, the control commands for preferably all three switches can be performed on a control line. This control line is preferably connected to a central switching system, which is preferably arranged in a housing, so that the cabling is minimized.

Ein weiterer Aspekt ist ein Kraftfahrzeug mit einem zuvor beschriebenen redundanten Schaltsystem. Das Schaltsystem ist zwischen den Energieversorgungen für den Verbraucher und den Verbraucher des Kraftfahrzeugs geschaltet.Another aspect is a motor vehicle with a previously described redundant switching system. The switching system is connected between the power supplies for the consumer and the consumer of the motor vehicle.

Ein weiterer Gegenstand ist die Verwendung eines redundanten Schaltsystems in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zwischen zwei redundanten Energieversorgungen des Kraftfahrzeugs und dem Verbraucher.Another object is the use of a redundant switching system in a motor vehicle, in particular between two redundant power supplies of the motor vehicle and the consumer.

Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The article will be explained in more detail with reference to drawings showing an exemplary embodiments. In the drawing show:

1 ein gegenständliches Schaltsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Bordnetz; 1 a representational switching system according to an embodiment in a vehicle electrical system;

2 ein gegenständliches Schaltsystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Bordnetz; 2 a representational switching system according to a further embodiment in a vehicle electrical system;

3 ein gegenständliches Schaltsystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Bordnetz; 3 a representational switching system according to a further embodiment in a vehicle electrical system;

1 zeigt ein Schaltsystem 2, welches eingangsseitig mit zwei Energieversorgungen, hier vorliegend zwei Akkumulatoren 4a, b verbunden ist. Ausgangsseitig ist das Schaltsystem 2 mit einem Antriebsmotor 6 verbunden. Der Antriebsmotor 6 ist vorliegend schematisch dargestellt und verfügt in der Regel über eine Ansteuerelektronik, welche nicht dargestellt ist. Es sei angemerkt, dass der Antriebsmotor 6 hier nur beispielhaft für einen Verbraucher dargestellt ist. Der Antriebsmotor 6 kann durchaus durch einen anderen sicherheitsrelevanten Verbraucher ausgetauscht werden, ohne dass die Funktion des Schaltsystems 2 beeinträchtigt ist. 1 shows a switching system 2 , which on the input side with two power supplies, in this case two accumulators 4a , b is connected. On the output side is the switching system 2 with a drive motor 6 connected. The drive motor 6 is presently shown schematically and usually has a control electronics, which is not shown. It should be noted that the drive motor 6 shown here only as an example for a consumer. The drive motor 6 can certainly be replaced by another safety-relevant consumer, without the function of the switching system 2 is impaired.

Eingangsseitig verfügt das Schaltsystem 2 über elektrische Eingangskontakte 26a, b. Ausgangsseitig verfügt das Schaltsystem 2 über einen Ausgangskontakt 26c. Das Schaltsystem 2 ist über den Eingangskontakt 26a mit dem Akku 4a verbunden. Das Schaltsystem 2 ist über den Eingangskontakt 26b mit dem Akku 4b verbunden. Zur Verbindung dient eine elektrische Leitung, insbesondere ein elektrisches Kabel 24a, b, dessen Aufbau beispielhaft in der 4 dargestellt ist.On the input side, the switching system has 2 via electrical input contacts 26a , b. On the output side has the switching system 2 via an output contact 26c , The switching system 2 is over the input contact 26a with the battery 4a connected. The switching system 2 is over the input contact 26b with the battery 4b connected. To connect an electrical line, in particular an electrical cable is used 24a , b, whose structure is exemplified in the 4 is shown.

Ausgangsseitig ist das Schaltsystem 2 über den Ausgangskontakt 26c mit einem elektrischen Kabel 22 verbunden.On the output side is the switching system 2 via the output contact 26c with an electric cable 22 connected.

Das elektrische Schaltsystem 2 verfügt über drei Schalter 10, 12, 14. Die ersten beiden Schalter 10, 12 sind jeweils eingangsseitig mit jeweils einem der Eingangskontakte 26a, b verbunden. Ausgangsseitig sind die beiden Schalter 10, 12 über einen gemeinsamen elektrischen Knotenpunkt 8 miteinander kurzgeschlossen. Ausgehend von dem gemeinsamen elektrischen Knotenpunkt 8 ist in dem Schaltsystem 2 ein dritter Schalter 14 vorgesehen, der ausgangsseitig mit dem Ausgangskontakt 26c verbunden ist.The electrical switching system 2 has three switches 10 . 12 . 14 , The first two switches 10 . 12 are each on the input side, each with one of the input contacts 26a , b connected. On the output side are the two switches 10 . 12 via a common electrical node 8th shorted together. Starting from the common electrical node 8th is in the switching system 2 a third switch 14 provided, the output side with the output contact 26c connected is.

Durch das Vorsehen der drei Schalter 10, 12, 14 in einem Gehäuse ist es möglich, diese über ein Steuersignal, welches von einer gemeinsamen Datenleitung (nicht gezeigt) eingespeist wird, anzusteuern. Im Normalbetrieb ist der Schalter 14 geschlossen und zumindest einer der Schalter 10 oder 12 ist geschlossen. Ist nur ein Schalter 10, 12 geschlossen, erfolgt die Energieversorgung des Motors 6 über nur einen der Akkus 4a, b. Beispielhaft ist der Schalter 10 geschlossen und der Schalter 12 geöffnet sowie der Schalter 14 geschlossen. Dann fließt Antriebsenergie von dem Akku 4b über den Schalter 10 und den Schalter 14 zu dem Motor 6.By providing the three switches 10 . 12 . 14 In a housing, it is possible to control these via a control signal, which is fed from a common data line (not shown). In normal operation is the switch 14 closed and at least one of the switches 10 or 12 is closed. Is only a switch 10 . 12 closed, the power supply of the engine 6 over only one of the batteries 4a , b. Exemplary is the switch 10 closed and the switch 12 opened as well as the switch 14 closed. Then drive energy flows from the battery 4b over the switch 10 and the switch 14 to the engine 6 ,

Es kann vorkommen, dass der Akku 4a beschädigt wird und keine oder nicht mehr ausreichend Antriebsenergie liefert. Dies kann durch eine geeignete (nicht gezeigte) Sensorik detektiert werden. In diesem Fall erfolgt ein Steuersignal zum Schließen des Schalters 12. Es kann auch ein Öffnen des Schalters 10 bewirkt werden. Dann fließt Antriebsenergie von dem Akku 4b über den Schalter 12 und den Schalter 14 zu dem Motor 6. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Motor redundant mit Antriebsenergie versorgt werden kann.It may happen that the battery 4a damaged and no or no longer sufficient drive energy supplies. This can be detected by a suitable sensor (not shown). In this case, a control signal to close the switch 12 , It can also open the switch 10 be effected. Then drive energy flows from the battery 4b over the switch 12 and the switch 14 to the engine 6 , This ensures that the motor can be redundantly supplied with drive energy.

Es kann notwendig sein, den Motor 6 von den Akkus 4a, b elektrisch zu trennen. Hierzu wird in der Regel der Schalter 14 geöffnet werden. Öffnet der Schalter 14 jedoch nicht, was durch geeignete (nicht gezeigte) Sensorik erfasst werden kann, kann ein Steuersignal generiert werden, um die Schalter 10 und 12 zu öffnen, so dass der Motor 6 von den beiden Akkus 4a, b getrennt wird.It may be necessary, the engine 6 from the batteries 4a to electrically disconnect b. This is usually the switch 14 be opened. Opens the switch 14 however, not what can be detected by suitable sensor (not shown), a control signal can be generated to the switches 10 and 12 to open, leaving the engine 6 from the two batteries 4a , b is disconnected.

Parallel zu den Schaltern 10, 12, 14 sind die Bodydioden 16, 18 20 vorhanden, die sich beim Einsatz von Halbleiterschaltern ergeben. Zu erkennen ist, dass die Halbleiterschalter so geschaltet sind, dass ihre Bodydioden 16, 18 gegenläufig geschaltet sind, so dass bei geöffneten Schaltern 10, 12 kein Ausgleichstrom zwischen den Akkumulatoren 4a, b fließen kann.Parallel to the switches 10 . 12 . 14 are the body diodes 16 . 18 20 present, resulting in the use of semiconductor switches. It can be seen that the semiconductor switches are switched so that their body diodes 16 . 18 are connected in opposite directions, so that when the switches are open 10 . 12 no equalization current between the accumulators 4a , b can flow.

Über die Kabel 24a, b sowie 22 kann nicht nur ein positives Potential geführt werden, sondern die Kabel 22, 24b können auch mehradrig sein, beispielsweise zweiadrig, um so eine Masserückführung zu gewährleisten.About the cables 24a , b as well 22 not just a positive potential, but the cables 22 . 24b can also be multi-core, for example, two-wire, so as to ensure a mass recirculation.

Das Schaltsystem 2 in der 1 ist in einem Gehäuse 28 verbaut. Insbesondere sind die Schalter 10, 12, 14 auf einer gemeinsamen Leiterplatte verbaut. Ausgangsseitig der Leiterplatte können elektrische Anschlüsse zu den Eingangskontakten 26a, b und dem Ausgangskontakt 26c vorgesehen sein. Die Eingangskontakte 26a, b als auch der Ausgangskontakt 26c können als Anschlusslaschen am Äußeren des Gehäuses 28 vorgesehen sein, über die die Kabel 22, 24a, b elektrisch angeschlossen werden können.The switching system 2 in the 1 is in a housing 28 installed. In particular, the switches 10 . 12 . 14 installed on a common circuit board. On the output side of the PCB electrical connections to the input contacts 26a , b and the output contact 26c be provided. The input contacts 26a , b as well as the output contact 26c Can be used as connection lugs on the exterior of the housing 28 be provided, over which the cables 22 . 24a , b can be connected electrically.

Ein weiteres zentrales Schaltsystem 2 ist in der 2 dargestellt. Im Gegensatz zu dem Schaltsystem in 1 ist das in 2 dargestellte Schaltsystem mit Schaltern 10, 12, 14 in Form von Schaltrelais bestückt. Auch das Schaltsystem 2 gemäß der 2 bildet ein redundantes Schaltsystem zur Erhöhung der Ausfallsicherheit.Another central switching system 2 is in the 2 shown. Unlike the switching system in 1 is that in 2 illustrated switching system with switches 10 . 12 . 14 equipped in the form of switching relays. Also the switching system 2 according to the 2 forms a redundant switching system to increase the reliability.

Ein dezentrales Schaltsystem ist in der 3 dargestellt. Die Funktion der Schalter 10, 12, 14 identisch. Lediglich der gemeinsame Knotenpunkt 8 ist hier über ein Kabel gebildet und die Schalter 10, 12, 14 sind dezentral, d. h. räumlich voneinander beabstandet und insbesondere in räumlicher Nähe zu dem jeweiligen Akku 4a, b bzw. dem Motor 6 angeordnet. Zwischen den Schaltern 10, 12 verläuft ein gemeinsames Kabel, welches den Knotenpunkt 8 bildet. Von dort abzweigend kann ein Kabel zu dem Schalter 14 verlaufen.A decentralized switching system is in the 3 shown. The function of the switches 10 . 12 . 14 identical. Only the common node 8th is formed here via a cable and the switches 10 . 12 . 14 are decentralized, ie spatially spaced from each other and in particular in spatial proximity to the respective battery 4a , b or the engine 6 arranged. Between the switches 10 . 12 runs a common cable, which is the node 8th forms. From there branch off a cable to the switch 14 run.

Claims

Redundant switching system for a vehicle electrical system with at least two electrical power supplies of a consumer, comprising - A switching network formed of at least three switches, wherein A first switch is arranged between a connection for a first energy supply and a common node, A second switch is disposed between a second power supply terminal and the common node, and - A third switch between the common node and a terminal for the consumer is arranged.

Redundant switching system according to claim 1, characterized in that - the switches are arranged in a common housing and are arranged on the housing electrical contacts for the connection for the first power supply, the connection for the second power supply and the connection for the consumer.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - the switches are arranged on a common printed circuit board.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - the switches are each reversibly switchable.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - the switches are formed at least in part from transistors, in particular MOSFETs and / or that the switches are formed at least in part from relays.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - at least one of the power supplies of the consumer as energy storage, in particular as a battery, accumulator or as a DC / DC converter or generator is formed.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - the consumer is electrically connected via a single power cable to the node.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - a first power supply via a power cable to the first switch is electrically connected and that the second power supply is electrically connected via a power cable to the second switch.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - a control line is guided for each one of the switches to the switch.

Redundant switching system according to one of the preceding claims, characterized in that - the control line is formed as a data bus and the control commands for all three switches are guided on a control line.

Motor vehicle with a redundant switching system according to one of the preceding claims, and at least two energy stores for the consumer and a consumer.