DE102016224618A1 - Vehicle electrical system with high availability - Google Patents

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Hartmut Pröbstle
Thomas Gauter
Andreas Schäffer
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Abstract

Ein Fahrzeug-Bordnetz, umfasst ein erstes Teilnetz (10) einer ersten Spannungsebene, ein zweites Teilnetz (20) einer zweiten Spannungsebene und eine Anzahl an Verbrauchern (V, S, EPS). An das erste Teilnetz (10) ist zumindest ein erster Energiespeicher angeschlossen zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie. An das zweite Teilnetz (20) ist zumindest ein zweiter Energiespeicher (Batt2) angeschlossen zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie. Eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern (S, EPS) ist mit dem ersten und mit dem zweiten Teilnetz (10, 20) koppelbar und in Abhängigkeit einer Betriebssituation aus dem ersten und/oder dem zweiten Teilnetz (10, 20) mit Energie versorgbar ist. Ferner ist ein drittes Teilnetz (30) einer dritten Spannungsebene vorgesehen, die höher als die erste und die zweite Spannungsebene ist. An das dritte Teilnetz (30) ist ein dritter Energiespeicher (Batt3) angeschlossen, der zumindest einen Teilabgriff (BKP) umfasst, an dem, bezogen auf ein Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes, eine der ersten Spannungsebene entsprechende Spannung anliegt. Das erste Teilnetz (10) ist mit dem Teilabgriff (BKP) des dritten Energiespeichers (Batt3) verbunden, wodurch der erste Energiespeicher des ersten Teilnetzes (10) durch einen Speicherabschnitt (B1) des dritten Energiespeichers (Batt3) bereitgestellt ist.A vehicle electrical system comprises a first sub-network (10) of a first voltage level, a second sub-network (20) of a second voltage level and a number of consumers (V, S, EPS). At least a first energy store is connected to the first subnetwork (10) for the purpose of feeding in energy and / or for the removal of energy. At least a second energy store (Batt2) is connected to the second subnetwork (20) for the purpose of feeding in energy and / or for the removal of energy. A part number of the number of consumers (S, EPS) can be coupled to the first and the second subnetwork (10, 20) and can be supplied with energy from the first and / or the second subnetwork (10, 20) as a function of an operating situation. Furthermore, a third sub-network (30) of a third voltage level is provided, which is higher than the first and the second voltage level. Connected to the third subnetwork (30) is a third energy store (Batt3), which comprises at least one sub-tap (BKP) to which, based on a reference potential of the vehicle electrical system, a voltage corresponding to the first voltage level is present. The first sub-network (10) is connected to the sub-tap (BKP) of the third energy store (Batt3), whereby the first energy store of the first sub-network (10) is provided by a storage section (B1) of the third energy store (Batt3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Bordnetz mit hoher Verfügbarkeit während eines Fahrbetriebes eines Fahrzeugs, insbesondere bei autonomen oder teilautonomen Fahrfunktionen.The invention relates to a vehicle electrical system with high availability during a driving operation of a vehicle, in particular in autonomous or semi-autonomous driving functions.

Fahrzeuge, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren erlauben, erfordern eine hochverfügbare elektrische Energieversorgung verschiedener sicherheitsrelevanter Komponenten und Funktionen. Insbesondere ist sicherzustellen, dass während der Fahrt ein Fehler oder Defekt im Fahrzeug-Bordnetz nicht oder nur mit minimaler Wahrscheinlichkeit zu einem Verlust von Fahrfunktionen führen kann. Beim Auftreten eines Fehlers oder Defekts in dem Fahrzeug-Bordnetz muss zumindest für eine bestimmte Zeitspanne sichergestellt werden, dass sicherheitsrelevante Komponenten oder Funktionen noch arbeiten, bis ein Fahrer des Fahrzeugs dieses sicher zum Stillstand bringen kann. Zu derartigen Komponenten gehören beispielsweise eine dynamische Stabilitätskontrolle, eine elektrische Lenkung, eine Anzeige- und Bedienkomponente, ein Fahrerassistenzsystem und dergleichen.Vehicles that permit autonomous or semi-autonomous driving require a highly available electrical energy supply of various safety-relevant components and functions. In particular, it must be ensured that, during the journey, a fault or defect in the vehicle electrical system can not or only with minimum probability lead to a loss of driving functions. When an error or defect occurs in the vehicle electrical system, it must be ensured, at least for a certain period of time, that safety-relevant components or functions are still working until a driver of the vehicle can safely bring it to a standstill. Such components include, for example, dynamic stability control, electric steering, a display and control component, a driver assistance system, and the like.

Beeinträchtigt werden kann die Verfügbarkeit des Fahrzeug-Bordnetzes durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Fehlern. Diese werden anhand von 1, welche eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Fahrzeug-Bordnetzes mit zwei Energiespeichern zeigt, erläutert.Can be impaired the availability of the vehicle electrical system by a variety of different errors. These are determined by 1 , which shows a schematic representation of a conventional vehicle electrical system with two energy storage explains.

Das Fahrzeug-Bordnetz 1, das beispielhaft auf eine Nenn-Spannung von 12 Volt ausgelegt ist, umfasst beispielhaft einen Generator G als Energiequelle, zwei Energiespeicher Batt1, Batt2 sowie drei Verbraucher V, S, EPS. Bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug ist die Energiequelle ein DC/DC-Wandler. Sämtliche der genannten Komponenten G, Batt1, Batt2, V, S, EPS sind an ein gemeinsames physisches Bordnetz, bestehend aus Kabeln und Stromverteilern, angeschlossen. In dem physischen Bordnetz ist darüber hinaus eine optionale Sicherheitsbatterieklemme SBK vorgesehen, wobei die Sicherheitsbatterieklemme SBK zwischen dem Energiespeicher Batt1 und den Komponenten G, Batt2 angeordnet ist. Die Sicherheitsbatterieklemme SBK unterteilt das physische Bordnetz in einen ersten Teilstrang, an den die Batterie Batt1 angeschlossen ist, und einen zweiten Teilstrang, an den der Generator G und der zweite Energiespeicher Batt2 angeschlossen sind. An dem ersten Teilstrang sind ferner beispielhaft zwei Stromverteiler SV, SH angeschlossen. Jeder der Stromverteiler SV, SH umfasst eine Anzahl an Klemmen KL bzw. Sicherungen, an die die Verbraucher V, S, ERS bzw. weitere Komponenten des Fahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind. Entgegen der zeichnerischen Darstellung könnten die Verbraucher V, S, EPS auch an jeweils eine der Klemmen KL des Stromverteilers SH angeschlossen sein.The vehicle electrical system 1, which is designed by way of example to a rated voltage of 12 volts, includes by way of example a generator G as an energy source, two energy storage Batt1, Batt2 and three consumers V, S, EPS. In a hybrid or electric vehicle, the power source is a DC / DC converter. All of these components G, Batt1, Batt2, V, S, EPS are connected to a common physical electrical system consisting of cables and power distributors. In addition, an optional safety battery terminal SBK is provided in the physical vehicle electrical system, wherein the safety battery terminal SBK is arranged between the energy store Batt1 and the components G, Batt2. The safety battery terminal SBK divides the physical electrical system into a first sub-string, to which the battery Batt1 is connected, and a second sub-string, to which the generator G and the second energy store Batt2 are connected. Two power distributors SV, SH are also connected by way of example to the first sub-string. Each of the power distributors SV, SH comprises a number of terminals KL or fuses, to which the consumers V, S, ERS or other components of the vehicle electrical system are connected. Contrary to the drawing, the consumers V, S, EPS could also be connected to one of the terminals KL of the power distributor SH.

Die Sicherheitsbatterieklemme SBK ist üblicherweise ein einmalig betätigbares, pyrotechnisches Schaltelement. Im Normalfall sind der erste und der zweite Teilstrang über die Sicherheitsbatterieklemme SBK permanent elektrisch leitend miteinander verbunden. Lediglich im Falle eines Crashs wird aus Sicherheitsgründen, z.B. unter Nutzung eines von einem Airbag-Steuergerät ausgegebenen Signals, die Sicherheitsbatterieklemme SBK durch entsprechende Ansteuerung geöffnet, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teilstrang und dem zweiten Teilstrang aufzutrennen. Ferner werden hierdurch auch die Stromverteiler SV, SH von dem zweiten Energiespeicher Batt2 und vom Generator G elektrisch getrennt.The safety battery terminal SBK is usually a one-time, pyrotechnic switching element. Normally, the first and the second sub-string via the safety battery terminal SBK permanently electrically connected to each other. Only in the event of a crash, for security reasons, e.g. using a signal output by an airbag control unit, the safety battery terminal SBK is opened by appropriate control in order to separate the electrical connection between the first sub-string and the second sub-string. Furthermore, as a result, the current distributors SV, SH are also electrically isolated from the second energy store Batt2 and from the generator G.

Die Versorgung der Verbraucher kann jedoch auch durch andere Defekte in unerwünschter Weise hervorgerufen werden. Ein Defekt des Generators G kann je nach Art des Defekts unterschiedliche Auswirkungen haben. Erzeugt der Generator G eine Spannung, die kleiner als die Batteriespannung ist, so werden die Energiespeicher Batt1, Batt2 entladen. Dies führt schließlich zum Ausfall des oder der Energiespeicher Batt1, Batt2, so dass auch die Verbraucher des Fahrzeug-Bordnetzes nicht mehr mit Energie versorgt werden können. Ist die von dem Generator G erzeugte Spannung größer als eine erste vorgegebene Schwelle, so wird oder werden die Energiespeicher Batt1, Batt2 überladen. Auch dies führt letztendlich zum Ausfall des oder der Energiespeicher Batt1, Batt2. Übersteigt die von dem Generator G erzeugte Spannung einen zweiten Schwellwert, so erkennen in den Verbrauchern eingebaute Überspannungsschaltungen das Überschreiten dieser Spannungswelle und schalten die entsprechenden Verbraucher ab.However, the supply of consumers can also be caused by other defects in an undesirable manner. A defect of the generator G may have different effects depending on the type of defect. If the generator G generates a voltage which is less than the battery voltage, then the energy stores Batt1, Batt2 are discharged. This eventually leads to the failure of or the energy storage Batt1, Batt2, so that the consumers of the vehicle electrical system can not be supplied with energy. If the voltage generated by the generator G is greater than a first predetermined threshold, the energy stores Batt1, Batt2 are or will be overloaded. This also ultimately leads to the failure of or the energy storage Batt1, Batt2. If the voltage generated by the generator G exceeds a second threshold value, overvoltage circuits built into the loads detect the exceeding of this voltage wave and switch off the corresponding consumers.

Fällt hingegen beispielsweise der erste Energiespeicher Batt1 aus, so können die an den Stromverteilern SV, SH angeschlossenen Verbraucher über den Generator G und/oder den zweiten Energiespeicher Batt2 zumindest für eine bestimmte Zeit noch mit Energie versorgt werden.Conversely, if, for example, the first energy store Batt1 fails, the consumers connected to the power distributors SV, SH can still be supplied with energy via the generator G and / or the second energy store Batt2, at least for a certain time.

Ein weiteres Problem, das zum Ausfall einzelner oder mehrerer Verbraucher führen kann sind Ausfälle oder Defekte am physischen Bordnetz, wie z.B. Kabel oder Stromverteiler. Beispielsweise kann sich durch Kontaktkorrosion oder gealterte Sicherungen das Spannungsniveau des Fahrzeug-Bordnetzes verschlechtern, bis hin zum Ausfall von Komponenten. Auch durch Leitungsbruch oder auftretende Kurzschlüsse kann die Funktionsfähigkeit einzelner oder aller Komponenten beeinträchtigt werden.Another problem that can lead to the failure of single or multiple consumers are failures or defects in the physical electrical system, such. Cable or power distributor. For example, by contact corrosion or aged fuses the voltage level of the vehicle electrical system can deteriorate, even to the failure of components. Also due to cable breakage or occurring short circuits, the functionality of individual or all components may be impaired.

Das Auftreten der beschriebenen Fehler in einem wie in 1 dargestellten Fahrzeug-Bordnetz führt somit dazu, dass bei einem Fahrzeug bestimmte Funktionen ab dem Zeitpunkt des Auftreten des Fehlers nicht mehr zur Verfügung stehen, so dass eine sichere Fahrzeugbewegung nicht mehr gewährleistet werden kann. Dies trifft insbesondere auf Fahrzeuge mit autonomen oder teilautonomen Fahrfunktionen zu. The occurrence of the described errors in a like in 1 shown vehicle electrical system thus leads to certain functions in a vehicle from the time of the occurrence of the error are no longer available, so that a safe vehicle movement can not be guaranteed. This applies in particular to vehicles with autonomous or semi-autonomous driving functions.

Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme schlägt die DE 10 2014 221 281 der Anmelderin vor, sicherheitsrelevante Funktionen, wie z.B. hochausfallsichere Verbraucher, in Abhängigkeit einer Betriebssituation aus dem ersten und/oder aus dem zweiten Teilstrang mit Energie zu versorgen. Dazu ist vorgesehen, diese hochausfallsicheren Verbraucher sowohl mit dem ersten und dem zweiten Teilstrang zu koppeln. Die Redundanz wird durch ein steuerbares Entkoppelelement bereitgestellt, welches die Verbraucher wahlweise aus dem ersten und/oder dem zweiten Teilstrang mit Energie versorgt.To solve the problems described above proposes the DE 10 2014 221 281 the applicant before to provide safety-related functions, such as highly reliable consumer, depending on an operating situation from the first and / or from the second sub-strand with energy. For this purpose, it is intended to couple these highly fail-safe consumers with both the first and the second sub-string. The redundancy is provided by a controllable decoupling element, which supplies the consumers optionally from the first and / or the second sub-strand with energy.

In zukünftigen Fahrzeug-Bordnetzen sind nicht nur mehrere Teilstränge, sondern auch Teilstränge mit unterschiedlichen Spannungsebenen vorgesehen, um z.B. Verbraucher mit besonders hohem Stromverbrauch aus einem Teilstrang mit einer höheren Spannung (z.B. 48V) versorgen zu können. Die Teilstränge unterschiedlicher Spannungsebenen werden, um einen Energiefluss untereinander zu möglichen, über einen Gleichspannungswandler verbunden. Bei solchen Bordnetz-Architekturen besteht dann das Problem, dass ein weiterer Energiespeicher, z.B. eine 48V-Batterie, in dem Fahrzeug vorgesehen werden muss. Durch die dann bereits drei Energiespeicher steigen die Kosten sowie der dafür notwendige Platzbedarf auf ein unerwünschtes Maß an.In future vehicle on-board networks, not only a plurality of sub-strands, but also sub-strands with different voltage levels are provided, for example, in order to produce, e.g. To provide consumers with very high power consumption from a sub-string with a higher voltage (for example, 48V). The sub-strands of different voltage levels are connected to a flow of energy among each other, via a DC-DC converter. In such on-board network architectures there is the problem that a further energy store, e.g. a 48V battery, in which vehicle must be provided. By then already three energy storage costs rise and the space required for this to an undesirable level.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Bordnetz mit mehreren Spannungsebenen anzugeben, das baulich und/oder funktional verbessert und dessen Verfügbarkeit beim Auftreten eines Fehlers hoch ist.It is an object of the present invention to provide a vehicle electrical system with multiple voltage levels, which structurally and / or functionally improved and whose availability is high when an error occurs.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a vehicle electrical system according to the features of claim 1. Advantageous embodiments result from the dependent claims.

Es wird ein Fahrzeug-Bordnetz vorgeschlagen, welches ein erstes Teilnetz einer ersten Spannungsebene, ein zweites Teilnetz einer zweiten Spannungsebene sowie eine Anzahl an Verbrauchern umfasst. An das erste Teilnetz der ersten Spannungsebene ist zumindest ein erster Energiespeicher angeschlossen zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie. An das zweite Teilnetz der zweiten Spannungsebene ist zumindest ein zweiter Energiespeicher angeschlossen zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie. Zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern ist mit dem ersten und mit dem zweiten Teilnetz koppelbar und in Abhängigkeit einer Betriebssituation aus dem ersten und/oder dem zweiten Teilnetz mit Energie versorgbar. Ein Fahrzeug-Bordnetz mit den oben beschriebenen Komponenten ist beispielsweise aus der DE 10 2014 221 281 A1 bekannt und wird als Zwei-Speicher-Bordnetz bezeichnet.A vehicle electrical system is proposed which comprises a first subsystem of a first voltage level, a second subsystem of a second voltage level and a number of consumers. At least a first energy store is connected to the first subsystem of the first voltage level for feeding energy and / or for removing energy. At least a second energy store is connected to the second subsystem of the second voltage level for feeding energy and / or for removing energy. At least a part number of the number of consumers can be coupled to the first and the second subnetwork and can be supplied with energy from the first and / or the second subnetwork as a function of an operating situation. A vehicle electrical system with the components described above is for example from the DE 10 2014 221 281 A1 known and is referred to as a two-store electrical system.

Das Fahrzeug-Bordnetz zeichnet sich weiter dadurch aus, dass dieses ein drittes Teilnetz einer dritten Spannungsebene umfasst. Dabei ist die dritte Spannungsebene höher als die erste und die zweite Spannungsebene des ersten und des zweiten Teilnetzes. An das dritte Teilnetz ist ein dritter Energiespeicher angeschlossen. Der dritte Energiespeicher umfasst zumindest einen Teilabgriff, an dem, bezogen auf ein Bezugspotenzial des Fahrzeug-Bordnetzes, eine der ersten Spannungsebene des ersten Teilnetzes entsprechende Spannung anliegt. Ein Knotenpunkt des ersten Teilnetzes ist mit dem Teilabgriff des dritten Energiespeichers verbunden, wodurch der erste Energiespeicher des ersten Teilnetzes durch einen Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers bereitgestellt ist.The vehicle electrical system is further characterized in that it comprises a third sub-network of a third voltage level. In this case, the third voltage level is higher than the first and the second voltage level of the first and the second subnetwork. To the third subnet a third energy storage is connected. The third energy store comprises at least one partial tap on which, based on a reference potential of the vehicle electrical system, a voltage corresponding to the first voltage level of the first subnet is present. A node of the first subnet is connected to the sub-tap of the third energy store, whereby the first energy store of the first subnet is provided by a memory section of the third energy store.

Ein derartiges Fahrzeug-Bordnetz stellt funktional ein Drei-Speicher-Bordnetz dar, wobei zumindest der dritte Energiespeicher des dritten Teilnetzes eine höhere Spannung als der erste und der zweite Energiespeicher des ersten und des zweiten Teilnetzes aufweist. Dadurch, dass der erste Energiespeicher des ersten Teilnetzes durch einen Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers bereitgestellt ist, braucht der erste Energiespeicher des ersten Teilnetzes physikalisch nicht vorgesehen zu werden. Dessen Elimination wird dadurch ermöglicht, dass bei dem dritten Energiespeicher ein Teilabgriff vorgesehen wird, an dem, bezogen auf ein Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes, eine der ersten Spannungsebene entsprechende Spannung anliegt. Wird das erste Teilnetz mit dem Teilabgriff des dritten Energiespeichers verbunden, stellt der zwischen dem Teilabgriff und dem Bezugspotential des Fahrzeugs liegende Speicherabschnitt den ersten Energiespeicher des ersten Teilnetzes dar. Im Ergebnis kann dadurch ein Fahrzeug-Bordnetz bereitgestellt werden, welches aufgrund seiner Topologie die redundante Versorgung von Verbrauchern ermöglicht. Durch den Entfall des ersten Energiespeichers des ersten Teilnetzes können Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Obwohl das Fahrzeug-Bordnetz damit physikalisch nur zwei unterschiedliche Energiespeicher umfasst, entspricht die Topologie des Fahrzeug-Bordnetzes einem Drei-Speicher-Bordnetz.Such a vehicle electrical system is functionally a three-store electrical system, wherein at least the third energy store of the third subnetwork has a higher voltage than the first and the second energy store of the first and the second subnetwork. Because the first energy store of the first subnetwork is provided by a memory section of the third energy store, the first energy store of the first subnetwork does not need to be provided physically. Its elimination is made possible by the fact that a partial tap is provided in the third energy store to which, based on a reference potential of the vehicle electrical system, a voltage corresponding to the first voltage level is present. If the first subnet is connected to the sub-tap of the third energy store, the memory section lying between the sub-tap and the reference potential of the vehicle represents the first energy store of the first sub-network. As a result, a vehicle electrical system can be provided which, due to its topology, provides the redundant supply of consumers. The elimination of the first energy storage of the first sub-network costs, space and weight can be saved. Although the vehicle electrical system thus only includes two different energy stores physically, the topology of the vehicle electrical system corresponds to a three-store electrical system.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug-Bordnetz ein steuerbares Energietransferelement, das dazu ausgebildet ist, den Ladezustand von Speicherzellen in dem Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers auszugleichen, wenn diese gegenüber Speicherzellen eines Restspeicherabschnitts des dritten Energiespeichers eine Ladungsunter- oder Überdeckung aufweisen. Durch das steuerbare Energietransferelement wird es ermöglicht, Energie zwischen dem dritten Teilnetz und dem ersten bzw. dem zweiten Teilnetz auszutauschen, um eine ggf. vorhandene Ladungsunterdeckung des den ersten Energiespeicher repräsentierenden Speicherabschnitts des dritten Energiespeichers durch Ladung ausgleichen zu können. Das steuerbare Energietransferelement kann auch derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass das Nachladen oder Entladen des Speicherabschnitts des dritten Energiespeichers aus dem dritten Teilnetz erfolgt, sofern an dieses ein Energieerzeuger angeschlossen ist. According to an expedient embodiment, the vehicle electrical system comprises a controllable energy transfer element, which is designed to compensate for the state of charge of memory cells in the memory section of the third energy store, if these have a charge underside or cover over memory cells of a residual storage section of the third energy store. The controllable energy transfer element makes it possible to exchange energy between the third subnetwork and the first or the second subnetwork, in order to be able to compensate for any charge shortage of the memory section of the third energy store that represents the first energy store by charging. The controllable energy transfer element can also be configured and arranged such that the recharging or discharging of the storage section of the third energy store takes place from the third subnet, provided that an energy generator is connected to it.

Gemäß einer ersten Variante kann das Energietransferelement das erste Teilnetz elektrisch mit dem zweiten Teilnetz miteinander verbinden. Hierdurch wird es beispielsweise ermöglicht, mit Hilfe des Energietransferelements Energie, z.B. von dem zweiten Energiespeicher in das erste Teilnetz und damit den Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers zu transferieren.According to a first variant, the energy transfer element can electrically interconnect the first subnetwork with the second subnetwork. This makes it possible, for example, with the help of the energy transfer element energy, e.g. from the second energy storage in the first subnet and thus to transfer the memory portion of the third energy storage.

In einer anderen Variante kann das Energietransferelement zwischen einem Knotenpunkt des dritten Teilnetzes und dem Teilabgriff des dritten Energiespeichers verschaltet sein. Hierdurch wird es ermöglicht, unter Umgehung des Restspeicherabschnitts des dritten Energiespeichers den, den ersten Energiespeicher repräsentierenden Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers direkt aus dem dritten Teilnetz nachzuladen.In another variant, the energy transfer element between a node of the third subnet and the sub-tap of the third energy storage can be interconnected. This makes it possible, while bypassing the residual storage section of the third energy store, to recharge the storage section of the third energy store, which represents the first energy store, directly from the third subnetwork.

Es ist zweckmäßig, wenn das Energietransferelement ein Gleichspannungswandler ist. Der Gleichspannungswandler kann mittels entsprechender Ansteuerung Energie zwischen seinem Ein- und Ausgang übertragen.It is expedient if the energy transfer element is a DC-DC converter. The DC-DC converter can transmit energy between its input and output by means of appropriate control.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Gleichspannungswandler kann das Energietransferelement ein Schaltelement umfassen, das im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines ersten Steuersignals leitend geschaltet und beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz mittels des ersten Steuersignals sperrend geschaltet ist. Diese Ausgestaltungsvariante betrifft dabei die Anordnung gemäß der ersten Variante, bei der das Energietransferelement das erste Teilnetz elektrisch mit dem zweiten Teilnetz miteinander verbindet. Das reversible steuerbare Schaltelement kann beispielsweise ein Halbleiterschaltelement, wie z.B. ein MOSFET und der gleichen, oder ein Relais sein. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes verbindet das reversibel steuerbare Schaltelement das erste und das zweite Teilnetz elektrisch miteinander. Beim Auftreten eines Fehlers, z.B. in der Verkabelung des ersten oder zweiten Teilnetzes oder einer an das erste bzw. zweite Teilnetz angeschlossenen Komponente (z.B. Energiequelle, Energiespeicher oder Verbraucher), wird die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz mittels des reversibel steuerbaren Schaltelements aufgetrennt. Die Versorgung der Teilanzahl der Verbraucher erfolgt dann über dasjenige Teilnetz, bei dem die Energieversorgung noch ungestört möglich ist.Alternatively or in addition to the DC-DC converter, the energy transfer element may comprise a switching element, which is switched in the normal operation of the electrical system by means of a first control signal and switched off when a fault occurs in the first or the second subnet by means of the first control signal. This embodiment variant relates to the arrangement according to the first variant, in which the energy transfer element electrically interconnects the first subnetwork with the second subnetwork. The reversible controllable switching element may, for example, be a semiconductor switching element, such as e.g. a MOSFET and the same, or be a relay. In normal operation of the electrical system, the reversibly controllable switching element electrically connects the first and the second sub-network with each other. When an error occurs, e.g. in the cabling of the first or second subnetwork or a component connected to the first or second subnetwork (e.g., power source, energy storage or consumer), the electrical connection between the first and second subnetworks is separated by means of the reversibly controllable switching element. The supply of the number of parts of the consumer is then via that subnetwork, in which the power supply is still possible undisturbed.

Es ist dabei ausreichend, wenn die Bereitstellung der Energieversorgung aus dem nicht fehlerbehafteten Teilnetz lediglich für eine bestimmte Zeit ermöglicht wird. In diesem Zeitraum sollte zwischen dem Auftreten des Fehlers und dem Erschöpfen der Energieversorgung das ggf. autonom oder teilautonom betriebene Fahrzeug sicher zum Stillstand gebracht werden.It is sufficient if the provision of the power supply from the non-faulty subnet is made possible only for a certain time. During this period, the possibly autonomous or semi-autonomously operated vehicle should be brought to a standstill between the occurrence of the fault and the depletion of the power supply.

Weist das Energietransferelement alternativ oder zusätzlich zu dem reversibel schaltbaren Schaltelement den bereits erwähnten Gleichspannungswandler auf, der im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines entsprechenden Steuersignals derart angesteuert ist, dass dieser Energie von dem ersten Teilnetz zu dem zweiten Teilnetz, oder umgekehrt, überträgt, kann beispielsweise eine Versorgung der Teilanzahl an Verbrauchern aus beiden Teilnetzen ermöglicht werden. Dies ist beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Verbrauchern, wie z.B. einer elektrisch ausgebildeten Lenkung möglich, deren Elektroantrieb zwei Spulen aufweist, von denen eine aus dem ersten Teilnetz und die andere aus dem zweiten Teilnetz versorgt wird.Does the energy transfer element alternatively or in addition to the reversibly switchable switching element on the already mentioned DC-DC converter, which is controlled in the normal operation of the electrical system by means of a corresponding control signal such that this energy from the first subnet to the second subnet, or vice versa, transmits, for example a supply of the number of parts to consumers from both subnets are made possible. This is, for example, in safety-relevant consumers, such as e.g. an electrically trained steering possible whose electric drive has two coils, one of which is supplied from the first subnet and the other from the second subnet.

Ferner kann der Gleichspannungswandler beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz mittels eines entsprechenden Steuersignals derart angesteuert werden, dass dieser eine Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz verhindert. In diesem Fall entspricht die Funktion des Gleichspannungswandlers der Funktion des oben beschriebenen reversibel steuerbaren Schaltelements.Furthermore, when an error occurs in the first or the second subnetwork, the DC / DC converter can be controlled by means of a corresponding control signal in such a way that it prevents an energy transmission between the first and the second subnetwork. In this case, the function of the DC-DC converter corresponds to the function of the reversibly controllable switching element described above.

Umfasst das Energietransferelement sowohl das reversibel steuerbare Schaltelement als auch den Gleichspannungswandler, so sind diese parallel geschaltet. Beim Auftreten eines Fehlers müssen dann das reversibel steuerbare Schaltelement sperrend geschaltet und der Gleichspannungswandler abgeschaltet werden, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz aufzutrennen. Um einen Energietransfer von dem zweiten zu dem ersten Teilnetz zu ermöglichen, wird zweckmäßigerweise das steuerbare Schaltelement sperrend geschaltet und die Energie über den Gleichspannungswandler an das erste Teilnetz und damit den Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers übertragen. Das Nachladen kann auch bei leitend geschaltetem steuerbarem Schaltelement erfolgen.If the energy transfer element comprises both the reversibly controllable switching element and the DC-DC converter, these are connected in parallel. When an error occurs then the reversibly controllable switching element must be turned off and switched off the DC-DC converter in order to separate the electrical connection between the first and the second subnet. To an energy transfer of the second to enable the first subnet, the controllable switching element is suitably switched blocking and transfer the energy via the DC-DC converter to the first subnet and thus the memory portion of the third energy storage. The recharging can also be done with conductive switched controllable switching element.

Die Trennung des ersten und des zweiten Teilnetzes im sicherheitsrelevanten Fall kann bei Vorhandensein des steuerbaren Schaltelements entweder in Echtzeit und ereignisgesteuert oder bereits vor dem Eintreten des sicherheitsrelevanten Falls erfolgen. Im ersten Fall ist ein hoher Aufwand für das Schaltelement erforderlich, da durch Diagnosen und ASIL-Technologie des Schaltelements dessen zuverlässige Funktionsweise sichergestellt werden muss. Wird das steuerbare Schaltelement bereits vor Eintreten des sicherheitsrelevanten Falls sperrend geschaltet, kann dies z.B. direkt nach dem Start oder vor dem Bewegen des Fahrzeugs erfolgen. In diesem Fall kann das steuerbare Schaltelement in einer einfachen, nicht-echtzeitfähigen Ausführung realisiert werden. Das Schaltelement kann beispielsweise als Relais mit Diagnose ausgestaltet sein. In diesem Fall ist eine ausreichende Leistungsfähigkeit des zweiten Energiespeichers für den regulären Fahrbetrieb bzw. des eingangs erwähnten Gleichspannungswandlers zwischen dem dritten Teilnetz und dem zweiten Teilnetz erforderlich.The separation of the first and the second subnetwork in the security-relevant case can be done in the presence of the controllable switching element either in real time and event-driven or even before the occurrence of the security-relevant case. In the first case, a high outlay for the switching element is required because it must be ensured by diagnoses and ASIL technology of the switching element whose reliable operation. If the controllable switching element is switched to blocking already before the occurrence of the security-relevant case, this can be done e.g. directly after the start or before moving the vehicle. In this case, the controllable switching element can be realized in a simple, non-real-time execution. The switching element can be configured, for example, as a relay with diagnosis. In this case, a sufficient capacity of the second energy storage for the regular driving operation or the DC converter mentioned above between the third subnet and the second subnet is required.

Bei der Anordnung des Energietransferelements zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz, wird der Standenergie- oder Ruhestrombedarf des Fahrzeugs vorzugsweise synergetisch über den zweiten Energiespeicher und den ersten Energiespeicher, d. h. den Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers des dritten Teilnetzes versorgt. Dies reduziert die Dimensionierung des zweiten Energiespeichers. Das Nachladen des Speicherabschnitts des dritten Energiespeichers kann dann, wie beschrieben, bei geöffnetem steuerbarem Schaltelement, über den Gleichspannungswandler erfolgen.In the arrangement of the energy transfer element between the first and the second subnetwork, the idle or quiescent power requirement of the vehicle is preferably synergistically via the second energy store and the first energy store, i. H. supplies the memory section of the third energy store of the third subnet. This reduces the dimensioning of the second energy store. The recharging of the memory portion of the third energy storage can then, as described, carried out with the controllable switching element open, via the DC-DC converter.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die erste und die zweite Spannungsebene gleiche Spannungsebenen. Insbesondere weisen die erste und die zweite Spannungsebene eine Nennspannung von 12V auf. Demgegenüber ist die Nennspannung der dritten Spannungsebene höher. Beispielsweise kann die dritte Spannungsebene eine Nennspannung von 24V oder 48V oder höher aufweisen.According to a further expedient embodiment, the first and the second voltage level are the same voltage levels. In particular, the first and the second voltage level have a nominal voltage of 12V. In contrast, the rated voltage of the third voltage level is higher. For example, the third voltage level may have a rated voltage of 24V or 48V or higher.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das dritte Teilnetz und das zweite Teilnetz über einen Gleichspannungswandler gekoppelt sind. Der Gleichspannungswandler stellt einen Energiefluss zwischen dem dritten und dem zweiten Teilnetz sicher und übernimmt gleichzeitig eine Anpassung der Nennspannung des dritten Teilnetzes und an die Nennspannung des zweiten Teilnetzes.A further embodiment provides that the third subnet and the second subnet are coupled via a DC-DC converter. The DC-DC converter ensures a flow of energy between the third and the second subnetwork and at the same time adapts an adaptation of the rated voltage of the third subnetwork and to the nominal voltage of the second subnetwork.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug-Bordnetz ferner zumindest einen ersten Stromverteiler und zumindest einen zweiten Stromverteiler. Der zumindest eine erste Stromverteiler umfasst eine Mehrzahl an ersten Klemmen, an die jeweils eine Anzahl an Verbrauchern angeschlossen ist, wobei der zumindest eine erste Stromverteiler an das zweite Teilnetz angeschlossen ist. Der zumindest eine zweite Stromverteiler umfasst eine Mehrzahl an zweiten Klemmen, an die jeweils die Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern angeschlossen ist, wobei der zweite Stromverteiler an das erste Teilnetz angeschlossen ist. Die zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern ist in Abhängigkeit der Betriebssituation von dem ersten und/oder dem zweiten Stromverteiler mit Energie versorgbar. Gemäß dieser Ausgestaltung werden der erste und der zweite Stromverteiler zur redundanten Versorgung der Teilanzahl an Verbrauchern genutzt.According to a further expedient embodiment, the vehicle electrical system further comprises at least a first power distributor and at least a second power distributor. The at least one first power distributor comprises a plurality of first terminals, to each of which a number of consumers is connected, wherein the at least one first power distributor is connected to the second subnet. The at least one second power distributor comprises a plurality of second terminals, to each of which the number of parts of the number of consumers is connected, wherein the second power distributor is connected to the first subnet. The at least a part number of the number of consumers can be supplied with energy from the first and / or the second power distributor as a function of the operating situation. According to this embodiment, the first and the second power distributor are used for the redundant supply of the number of parts to consumers.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz gekoppelten Verbraucher sicherheitsrelevante Komponenten des Fahrzeugs, die für die Aufrechterhaltung oder Durchführung einer autonomen Bewegung des Fahrzeugs notwendig sind oder genutzt werden. Insbesondere fallen hierunter Komponenten, die für eine Querführung des Fahrzeugs erforderlich sind, wie z.B. eine Lenkung. Sicherheitsrelevante Komponenten können darüber hinaus auch Komponenten für eine Längsführung, wie z.B. Bremssystem, oder ein Fahrerassistenzsystem oder eine dynamische Stabilitätskontrolle oder eine oder mehrere Anzeige-Bedieneinheiten oder Gateways für Bussysteme sein.According to a further expedient embodiment, the consumers coupled to the first and the second subnetwork are safety-relevant components of the vehicle which are necessary or used for the maintenance or execution of an autonomous movement of the vehicle. In particular, this includes components which are required for a lateral guidance of the vehicle, such as e.g. a steering. Safety-related components can also be used for longitudinal guidance components, such as Brake system, or a driver assistance system or a dynamic stability control or one or more display control units or gateways for bus systems.

Bei dem zweiten Energiespeicher kann es sich um eine herkömmliche Bleibatterie handeln. Alternativ kann der zweite Energiespeicher ein Supercup oder eine Lithium-Ionen-Batterie sein, welche jeweils zur Aufnahme und Abgabe von Erzeugungsspitzen und Lastspitzen ausgebildet sind.The second energy store may be a conventional lead-acid battery. Alternatively, the second energy storage device may be a supercup or a lithium-ion battery, which are respectively designed to receive and dispense generation peaks and load peaks.

Bei dem dritten Energiespeicher kann es sich in entsprechender Weise um eine herkömmliche Bleibatterie, eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Hochvolt-Batterie handeln. Der Aufbau des dritten Energiespeichers ist derart, dass sie eine der dritten Spannungsebene entsprechende Nennspannung an ihren Ausgangsklemmen bereitstellt.The third energy store may be correspondingly a conventional lead-acid battery, a lithium-ion battery or a high-voltage battery. The structure of the third energy store is such that it provides a rated voltage corresponding to the third voltage level at its output terminals.

Das Fahrzeug-Bordnetz kann darüber hinaus eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Energietransferelements umfassen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet das Energietransferelement derart anzusteuern, um den Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers nachzuladen, wenn dieser gegenüber einem Restspeicherabschnitt des dritten Energiespeichers eine Ladungsunterdeckung aufweist. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass sämtliche Speicherzellen des dritten Energiespeichers nach Möglichkeit eine gleiche Spannung aufweisen.The vehicle electrical system may also include a control device for controlling the energy transfer element. The control device is designed to control the energy transfer element in such a way as to reload the storage section of the third energy store, if this opposite to a residual storage section of the third energy storage has a charge shortage. This is to ensure that all memory cells of the third energy storage have, if possible, a same voltage.

Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Energietransferelements dazu ausgebildet sein, beim Erhalt eines Fehlersignals, das das Erkennen eines sicherheitskritischen Fehlers signalisiert, das ansonsten leitend geschaltete Energietransferelement sperrend zu schalten und gleichzeitig die Teilanzahl der Verbraucher, die mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz gekoppelt sind, durch Ansteuerung ausschließlich elektrisch mit dem ersten oder dem zweiten Teilnetz, das den sicherheitskritischen Fehler nicht aufweist, zu verbinden. Die Steuereinrichtung kann Bestandteil des Energietransferelements sein. Die Steuereinheit kann auch ein externes Steuergerät sein.In addition, the control device for controlling the energy transfer element may be designed to switch the otherwise switched on power transfer element blocking while receiving an error signal that signals the detection of a safety-critical error and at the same time the number of parts of the consumer coupled to the first and the second subnet are to connect by driving exclusively electrically to the first or the second subnet, which does not have the safety-critical error. The control device may be part of the energy transfer element. The control unit may also be an external control unit.

Wie eingangs beschrieben kann der sicherheitskritische Fehler ein Kurzschluss bzw. eine Über- oder Unterspannung im einen Teil des Fahrzeug-Bordnetzes sein. Um die Teilanzahl der Verbraucher ausschließlich elektrisch mit dem ersten oder dem zweiten Teilnetz, das den sicherheitskritischen Fehler nicht aufweist, zu verbinden, kann in den entsprechenden Verbrauchern eine entsprechende Schalteinrichtung vorgesehen sein, welche eine Umschaltung auf das fehlerfreie Teilnetz zur Energieversorgung vornimmt. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit des Inhalts des Fehlersignals eine elektrische Verbindung zu dem fehlerbehafteten Teilnetz aufgelöst. Die Trennung der beiden Teilnetze kann im sicherheitsrelevanten Fall in Echtzeit bzw. ereignisgesteuert durchgeführt werden.As described above, the safety-critical fault can be a short circuit or an overvoltage or undervoltage in one part of the vehicle electrical system. In order to connect the number of parts of the consumer only electrically to the first or the second subnet, which does not have the safety-critical error, a corresponding switching device may be provided in the corresponding consumers, which performs a switch to the error-free subnet for power supply. At the same time, depending on the content of the error signal, an electrical connection to the faulty subnet is resolved. The separation of the two subnets can be performed in real-time or event-controlled in the security-relevant case.

Gemäß einer anderen Betriebsstrategie kann das Energietransferelement bereits vor Eintreten eines sicherheitskritischen Fehlers, z.B. direkt nach dem Start des Fahrzeugs, geöffnet werden, sodass eine Trennung der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz vorgenommen ist. Die Versorgung der Teilanzahl an Verbrauchern erfolgt dann aus dem zweiten Teilnetz. Eine Versorgung der Verbraucher aus dem ersten Energiespeicher, d. h. dem Speicherabschnitt des dritten Energiespeichers, erfolgt dann beim Auftreten eines Fehlerfalls. Der Energieausgleich erfolgt, wie beschrieben, über das Energietransferelement zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz, z.B. im Stand des Fahrzeugs.According to another operating strategy, the energy transfer element may already be subject to a safety-critical error, e.g. be opened directly after the start of the vehicle, so that a separation of the connection between the first and the second subnet is made. The supply of the number of consumers then takes place from the second subnet. A supply of consumers from the first energy storage, d. H. the memory portion of the third energy storage, then takes place when an error occurs. The energy balance is effected, as described, via the energy transfer element between the first and second sub-networks, e.g. in the state of the vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Zwei-Speicher-Bordnetzes bei dem keine redundante Versorgung von Verbrauchern vorgesehen ist;
  • 2 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Zwei-Speicher-Fahrzeug-Bordnetzes, bei dem eine redundante Versorgung ausgewählter Verbraucher ermöglicht ist;
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drei-Speicher-Fahrzeug-Bordnetzes mit zwei Spannungsebenen, bei dem ein Energietransferelement zwischen einem ersten und einem zweiten Teilnetz gleicher Spannungsebene angeordnet ist;
  • 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drei-Speicher-Fahrzeug-Bordnetzes mit unterschiedlichen Spannungsebenen, bei dem ein Energietransferelement zwischen einem Knotenpunkt eines dritten Teilnetzes einer dritten Spannungsebene und einem Teilabgriff eines Energiespeichers des dritten Teilnetzes verschaltet ist; und
  • 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drei-Speicher-Fahrzeug-Bordnetzes, welches eine abgewandelte Verschaltung des Energietransferelements gegenüber 4 illustriert.
The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the drawing. Show it:
  • 1 a schematic representation of a conventional two-storage vehicle electrical system in which no redundant supply of consumers is provided;
  • 2 a schematic representation of a known from the prior art two-storage vehicle electrical system, in which a redundant supply of selected consumers is possible;
  • 3 a schematic representation of an inventively designed three-memory vehicle electrical system with two voltage levels, in which an energy transfer element between a first and a second sub-network of the same voltage level is arranged;
  • 4 a schematic representation of a three-memory vehicle electrical system according to the invention with different voltage levels, in which an energy transfer element between a node of a third sub-network of a third voltage level and a partial tap of an energy storage of the third sub-network is connected; and
  • 5 a schematic representation of a three-memory vehicle electrical system according to the invention, which faces a modified interconnection of the energy transfer element 4 illustrated.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines in der DE 10 2014 221 281 A1 beschriebenen Fahrzeug-Bornetzes 1, auf dem das erfindungsgemäße Fahrzeug-Bordnetz 1 basiert. Das in 2 gezeigte Fahrzeug-Bordnetz 1 ist in ein erstes Teilnetz 10 und ein zweites Teilnetz 20 unterteilt. Das erste und das zweite Teilnetz 10, 20 sind über ein Entkoppelelement EE miteinander gekoppelt. Entsprechend einer Ansteuerung des Entkoppelelements EE können das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 elektrisch miteinander verbunden sein oder keine elektrische Verbindung zueinander aufweisen. 2 shows a schematic representation of one in the DE 10 2014 221 281 A1 described vehicle Bornetzes 1 on which the vehicle electrical system according to the invention 1 based. This in 2 shown vehicle electrical system 1 is in a first subnet 10 and a second subnet 20 divided. The first and second subnets 10 . 20 are via a decoupling element EE coupled together. In accordance with a control of the decoupling element EE can be the first subnet 10 and the second subnet 20 be electrically connected to each other or have no electrical connection to each other.

Das erste Teilnetz umfasst im elektrischen Ersatzschaltbild einen ersten Energiespeicher Batt1. Bei dem ersten Energiespeicher Batt1 handelt es sich um eine 12V-Batterie des Fahrzeug-Bordnetzes 1, beispielsweise einen Blei-Akkumulator.The first subnet comprises in the electrical equivalent circuit diagram a first energy store Batt1. At the first energy storage Batt1 it is a 12V battery of the vehicle electrical system 1 For example, a lead accumulator.

An das zweite Teilnetz 20 sind im elektrischen Ersatzschaltbild eine Energiequelle in Gestalt eines Generators G, ein optionaler zweiter Energiespeicher Batt2 und ein oder mehrere optionale Verbraucher V angeschlossen. Der Generator G wird beispielsweise mechanisch von einem Verbrennungsmotor angetrieben, der die Rotationsenergie in elektrische Energie wandelt. Sofern es sich bei dem Fahrzeug um ein elektrifiziertes Fahrzeug wie z.B. einen Plug-In-Hybrid-Fahrzeug oder ein Hybrid-elektrisches Fahrzeug oder ein batteriebetriebenes Fahrzeug handelt, ist anstelle des Generators G ein DC/DC Wandler vorgesehen. In entsprechender Weise ist eine Dimensionierung des ersten Energiespeichers Batt1 für einen teilautonomen Fahrbetrieb erforderlich. Der zweite Energiespeicher Batt2 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Der zweite Energiespeicher Batt2 ist in der Lage, in kurzer Zeit große Ströme aufzunehmen oder, wenn ein Verbraucher V kurzzeitig einen hohen Strombedarf aufweist, einen entsprechend hohen Strom abzugeben. Optional kann das zweite Teilnetz 20 auch einen oder mehrere weitere Energiespeicher, wie z.B. Doppelschichtkondensatoren (Supercaps) umfassen. Der lediglich optional direkt an das zweite Teilnetz angeschlossene Verbraucher V kann eine beliebige Stromverbraucherkomponente, wie z.B. ein Startermotor und dergleichen, sein.To the second subnet 20 are in the electrical equivalent circuit an energy source in the form of a generator G , an optional second energy storage BATT2 and one or more optional consumers V connected. The generator G For example, it is mechanically driven by an internal combustion engine that converts the rotational energy into electrical energy. If the vehicle is an electrified vehicle such as a plug-in hybrid vehicle or a hybrid electric vehicle or a battery-powered vehicle, instead of the generator G one DC / DC Transducer provided. In a corresponding manner is a dimensioning of the first energy storage Batt1 for a semi-autonomous driving operation required. The second energy storage Batt2 is, for example, a lithium-ion battery. The second energy storage BATT2 is able to absorb large currents in a short time or, if a consumer V briefly has a high power consumption to deliver a correspondingly high current. Optionally, the second subnet 20 also comprise one or more further energy stores, such as double-layer capacitors (supercaps). The only optionally connected directly to the second subnet consumer V may be any power consumer component, such as a starter motor and the like.

Entgegen der zeichnerischen Darstellung der Anbindung des Verbrauchers V an das zweite Teilnetz 20 sind die in einem Fahrzeug verbauten Verbraucher an den Klemmen eines Stromverteilers angeschlossen. Typischerweise weist ein Fahrzeug einen oder mehrere solcher Stromverteiler auf. In 2 sind zwei erste Stromverteiler SV, SH an das zweite Teilnetz 20 angeschlossen. Jeder der ersten Stromverteiler SV, SH umfasst eine individuelle Anzahl an Klemmen KL, wobei jeder der Klemmen eine oder mehrere Sicherungen zugeordnet sind. Sämtliche oder zumindest die überwiegende Mehrzahl an Verbrauchern des Fahrzeug-Bordnetzes, welche im Detail nicht näher dargestellt sind, sind an jeweilige Klemmen KL der ersten Stromverteiler SV, SH angeschlossen. Die ersten Stromverteiler SV, SH sind dabei typischerweise an räumlich unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug angeordnet. Beispielsweise ist der erste Stromverteiler SV im vorderen Bereich des Fahrzeugs und der erste Stromverteiler SH im hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet. Dadurch kann die elektrisch Anbindung der jeweiligen Verbraucher bzw. Komponenten mit verhältnismäßig kurzen Leitungen erfolgen. Die elektrische Anbindung der ersten Stromverteiler SV, SH an das erste bzw. das zweite Teilnetz 10, 20 ist über das Entkoppelelement EE realisiert.Contrary to the graphic representation of the connection of the consumer V to the second subnet 20 The consumers installed in a vehicle are connected to the terminals of a power distributor. Typically, a vehicle has one or more such power distributors. In 2 are two first power distributors SV . SH to the second subnet 20 connected. Each of the first power distributors SV . SH includes an individual number of terminals KL , wherein each of the terminals are associated with one or more fuses. All or at least the vast majority of consumers of the vehicle electrical system, which are not shown in detail, are at respective terminals KL the first power distributor SV . SH connected. The first power distribution SV . SH are typically arranged at spatially different locations in the vehicle. For example, the first power distributor SV in the front of the vehicle and the first power distributor SH arranged in the rear of the vehicle. As a result, the electrical connection of the respective consumer or components can be made with relatively short lines. The electrical connection of the first power distributor SV . SH to the first or the second subnetwork 10 . 20 is about the decoupling element EE realized.

In entsprechender Weise ist ein zweiter Stromverteiler SV2, der eine Anzahl an Klemmen KL aufweist, über das Entkoppelelement EE mit dem ersten Teilnetz 10 elektrisch verbunden.Similarly, a second power distributor SV2 having a number of terminals KL, via the decoupling element EE with the first subnet 10 electrically connected.

Während manche, in 2 nicht näher dargestellte Verbraucher bzw. Komponenten lediglich mit einer Klemme KL eines der ersten Stromverteiler SV, SH elektrisch verbunden sind, um aus dem zweiten Teilnetz 20 mit Energie versorgt zu werden, sind sicherheitsrelevante Verbraucher bzw. Komponenten S, EPS sowohl mit dem zweiten Stromverteiler SV2 als auch mit einem der ersten Stromverteiler (hier: erster Stromverteiler SV) gekoppelt. In Abhängigkeit einer Betriebssituation des Fahrzeug-Bordnetzes 1 werden diese sicherheitskritischen Verbraucher S, EPS aus dem ersten Teilnetz 10 und/oder aus dem zweiten Teilnetz mit Energie versorgt. Um die wahlweise Versorgung mit Energie aus einem der beiden Teilnetze 10, 20 realisieren zu können, verfügen die Verbraucher S, EPS über entsprechende Schaltmittel, welche die Verbraucher entweder mit dem ersten Stromverteiler SV oder dem zweiten Stromverteiler SV2 elektrisch verbinden.While some, in 2 not shown in detail consumers or components only with a clamp KL one of the first power distributors SV . SH are electrically connected to the second subnet 20 to be supplied with energy are safety-relevant consumers or components S . EPS both with the second power distributor SV2 and with one of the first power distributor (here: first power distributor SV ) coupled. Depending on an operating situation of the vehicle electrical system 1 become these safety-critical consumers S . EPS from the first subnet 10 and / or supplied with energy from the second subnetwork. To the optional supply of energy from one of the two subnets 10 . 20 consumers are able to realize this S . EPS via corresponding switching means, which the consumers either with the first power distributor SV or the second power distributor SV2 connect electrically.

Das Entkoppelelement EE ist in der einfachsten Ausgestaltung ein reversibel steuerbares Schaltelement S1, z.B. ein Halbleiterschaltelement oder ein Relais. In einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes 1 ist das Schaltelement S1 mittels eines ersten Steuersignals leitend geschaltet und verbindet dadurch das erste und das zweite Teilnetz 10, 20 elektrisch miteinander. In diesem bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes werden die Verbraucher S, EPS über den ersten Stromverteiler SV aus dem zweiten Teilnetz 20 mit Energie versorgt. Beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise einem Defekt des Generators G, wird das Schaltelement S1 sperrend geschaltet, d.h. geöffnet. Gleichzeitig wird durch das erwähnte Schaltmittel in den jeweiligen Verbrauchern S, EPS eine Umschaltung von dem ersten Stromverteiler SV auf den zweiten Stromverteiler SV2 vorgenommen. Die sicherheitskritischen Verbraucher S, EPS können nunmehr aus dem ersten Teilnetz 10 bzw. dem daran angeschlossenen ersten Energiespeicher Batt1 mit Energie versorgt werden.The decoupling element EE is in the simplest embodiment, a reversibly controllable switching element S1, for example, a semiconductor switching element or a relay. In a normal operation of the electrical system 1 the switching element S1 is turned on by means of a first control signal and thereby electrically connects the first and the second sub-networks 10, 20 to each other. In this intended operation of the electrical system, the consumers S . EPS over the first power distributor SV from the second subnet 20 energized. When an error occurs, such as a generator failure G , the switching element S1 is turned off, ie opened. At the same time by the mentioned switching means in the respective consumers S . EPS a switchover from the first power distributor SV on the second power distributor SV2 performed. The safety-critical consumers S . EPS can now from the first subnet 10 or the first energy store connected thereto Batt1 be energized.

Da der Energieinhalt des ersten Energiespeichers Batt1 begrenzt ist, kann die Energieversorgung der Verbraucher S, EPS lediglich für eine bestimmte Zeitdauer sichergestellt werden. Diese Zeitdauer und damit der Energieinhalt des ersten Energiespeichers Batt1 muss derart bemessen werden, dass seit dem Auftreten des Fehlers in dem zweiten Teilnetz 20 das Fahrzeug z.B. noch sicher zum Stehen gebracht werden kann. Hierzu kann es beispielsweise ausreichend sein, zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers den Fahrer akustisch und/oder optisch über das Auftreten des Fehlers zu informieren, so dass dieser z.B. innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer das Fahrzeug sicher zum Stillstand bringen kann. Die Zeitdauer sollte zumindest 10 Sek. betragen.As the energy content of the first energy storage Batt1 limited, the energy supply can consumers S . EPS only for a certain period of time. This time and thus the energy content of the first energy storage Batt1 must be dimensioned such that since the occurrence of the error in the second subnet 20, the vehicle can for example still be brought to a safe stop. For this purpose, it may be sufficient, for example, to inform the driver acoustically and / or optically about the occurrence of the fault at the time of occurrence of the fault, so that the driver can safely bring the vehicle to a standstill within a predetermined period of time. The duration should be at least 10 seconds.

Aus Gründen der Energieeffizienz werden daher lediglich sicherheitsrelevante Verbraucher bzw. Komponenten redundant entweder über den ersten oder den zweiten Stromverteiler mit Energie versorgt. Solche Verbraucher sind beispielsweise Komponenten, die zur Querführung des Fahrzeugs benötigt werden, wie z.B. ein Motor zur Ansteuerung einer Lenkung.For reasons of energy efficiency, therefore, only safety-relevant consumers or components are supplied redundantly either via the first or the second power distributor with energy. Such consumers are, for example, components needed for the lateral guidance of the vehicle, such as e.g. a motor for controlling a steering.

Die Ansteuerung des Entkoppelelements EE und der Schaltmittel in den Verbrauchern S, EPS kann mit dem gleichen Signal erfolgen, so dass mit dem Auftrennen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz 10, 20 auch gleichzeitig eine Umschaltung auf das fehlerfreie Teilnetz erfolgen kann.The activation of the decoupling element EE and the switching means in the consumers S , EPS can be done with the same signal, so that with the disconnection of the electrical connection between the first and the second subnet 10 . 20 At the same time a switch to the error-free subnet can be made.

Anstelle des Schaltelements S1 kann das Entkoppelelement EE auch einen Gleichspannungswandler DC/DC umfassen. Der Gleichspannungswandler DC/DC kann in einer Weise angesteuert werden, die der Funktionalität des eben beschriebenen Schaltelements S1 entspricht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch geeignete Ansteuerung des Gleichspannungswandlers DC/DC im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes diesen derart anzusteuern, dass die Verbraucher S, EPS sowohl über den ersten als auch über den zweiten Stromverteiler SV, SV2 mit Energie versorgt werden. Hierzu werden die in den Verbrauchern S, EPS enthaltenen Schaltelemente entsprechend angesteuert, so dass eine elektrische Verbindung sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Stromverteiler SV, SV2 besteht. Beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder in dem zweiten Teilnetz wird der Gleichspannungswandler DC/DC derart angesteuert, dass dieser die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz 10, 20 auftrennt, so dass die Versorgung der Verbraucher S, EPS nur noch über einen der beiden Stromverteiler SV, SV2 und damit aus einem der beiden Teilnetze 10, 20 erfolgt.Instead of the switching element S1, the decoupling element EE also a DC-DC converter DC / DC include. The DC-DC converter DC / DC can be controlled in a manner that corresponds to the functionality of the switching element S1 just described. In addition, it is possible by suitable control of the DC-DC converter DC / DC in normal operation of the electrical system to control this so that the consumer S . EPS both via the first and the second power distributor SV . SV2 be energized. This will be in the consumers S . EPS contained switching elements correspondingly controlled, so that an electrical connection to both the first and to the second power distributor SV . SV2 consists. When an error occurs in the first or in the second subnet, the DC-DC converter DC / DC controlled such that this is the electrical connection between the first and the second subnet 10 . 20 disconnects, so that the supply to consumers S . EPS only one of the two power distributors SV . SV2 and thus from one of the two subnets 10 . 20 he follows.

Alternativ können sowohl das Schaltelement als auch der parallel dazu verschaltete Gleichspannungswandler DC/DC vorgesehen sein. Der Schalter S1 und der Gleichspannungswandler DC/DC werden dann beim Auftreten eines Fehlers parallel zueinander angesteuert, dass die Teilnetze 10, 20 elektrisch voneinander getrennt sind.Alternatively, both the switching element and the parallel-connected DC-DC converter DC / DC be provided. The switch S1 and the DC-DC converter DC / DC are then driven parallel to each other when an error occurs that the subnets 10 . 20 are electrically isolated from each other.

Um einen Fehler des Gleichspannungswandlers DC/DC erfassen und behandeln zu können, ist ferner seriell zu dem Gleichspannungswandler DC/DC eine Sicherung F vorgesehen, welche durch den ersten Energiespeicher Batt1 ausgelöst werden kann.To a fault of the DC-DC converter DC / DC It is also serial to the DC-DC converter DC / DC a fuse F provided, which by the first energy storage Batt1 can be triggered.

Die Trennung der beiden Teilnetze 10, 20 im sicherheitsrelevanten Fall erfolgt somit über das Entkoppelelement EE. Dies kann in Echtzeit oder ereignisgesteuert erfolgen. Eine alternative Betriebsstrategie besteht darin, dass bereits vor dem Eintreten eines sicherheitsrelevanten Ereignisses das Entkoppelelement EE geöffnet wird. Voraussetzung, die an den Stromverteilern SV und SH angeschlossenen Verbraucher mit Energie zu versorgen, ist eine ausgleichende Leistungsfähigkeit des Generators G bzw. ein ausreichender Energieinhalt des zweiten Energiespeichers Batt2.The separation of the two subnets 10 . 20 in safety-relevant case thus takes place via the decoupling element EE , This can be done in real time or event driven. An alternative operating strategy is that even before the occurrence of a safety-relevant event, the decoupling element EE is opened. Prerequisite to the power distributors SV and SH Energy supply to connected consumers is a balancing efficiency of the generator G or a sufficient energy content of the second energy store BATT2 ,

Der Standenergie- oder Ruhestrombedarf des Fahrzeugs kann synergetisch über die beiden Energiespeicher Batt1 und Batt2 versorgt werden. Das Nachladen bzw. Vollladen kann bei teilentladenem ersten Energiespeicher Batt1 und geöffnetem Schaltelement S1 über den parallel geschalteten Gleichspannungswandler DC/DC erfolgen. Dies reduziert die Dimensionierung des zweiten Energiespeichers Batt2.The stand energy or quiescent power requirements of the vehicle can be synergistically via the two energy storage Batt1 and BATT2 be supplied. Recharging or full charging can be done with teilentladenem first energy storage Batt1 and opened switching element S1 via the parallel-connected DC-DC converter DC / DC respectively. This reduces the dimensioning of the second energy store BATT2 ,

3 zeigt eine Erweiterung des in 2 beschriebenen Fahrzeug-Bordnetzes. Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Bordnetz 1 ist ein sogenanntes Drei-Speicher-Fahrzeug-Bordnetz, welches neben dem ersten Teilnetz 10 und dem zweiten Teilnetz 20 ein drittes Teilnetz 30 umfasst. Das erste Teilnetz 10 und das zweite Teilnetz 20 weisen eine gleiche Spannungsebene, z.B. mit einer Nennspannung von 12V auf. Dem gegenüber ist die Nennspannung der Spannungsebene des dritten Teilnetzes 30 höher. Beispielsweise handelt es sich bei dem dritten Teilnetz um ein 48V-Teilnetz. Die Nennspannung könnte auch einen davon abweichenden Wert aufweisen, beispielsweise 24V oder 96V. Prinzipiell könnte das dritte Teilnetz auch ein Hochvolt-Teilnetz mit einer Nennspannung von mehreren 100V sein. 3 shows an extension of the in 2 described vehicle electrical system. The vehicle electrical system according to the invention 1 is a so-called three-memory vehicle electrical system, which next to the first subnet 10 and the second subnet 20 a third subnet 30 includes. The first subnet 10 and the second subnet 20 have a same voltage level, eg with a rated voltage of 12V. On the other hand, the rated voltage of the voltage level of the third subnetwork 30 higher. For example, the third subnet is a 48V subnet. The rated voltage could also have a different value, for example 24V or 96V. In principle, the third subnetwork could also be a high-voltage subnetwork with a rated voltage of several 100V.

Das dritte Teilnetz 30 umfasst einen dritten Energiespeicher Batt3 sowie einen Energieerzeuger SGR, z.B. einen Startergenerator. Das dritte Teilnetz 30 ist über einen Gleichspannungswandler DC/DC2 mit dem zweiten Teilnetz 20 verbunden. Der Gleichspannungswandler DC/DC2 übernimmt die Aufgabe einer Spannungswandlung zwischen der Nennspannung des dritten Teilnetzes 30 und der Nennspannung des zweiten Teilnetzes 20 sowie eines Energietransfers von dem dritten Teilnetz 30 zu dem zweiten Teilnetz 20.The third subnet 30 includes a third energy storage Batt3 and an energy generator SGR , eg a starter generator. The third subnet 30 is via a DC-DC converter DC / DC2 with the second subnet 20 connected. The DC-DC converter DC / DC2 assumes the task of a voltage conversion between the nominal voltage of the third subnetwork 30 and the rated voltage of the second sub-network 20 and an energy transfer from the third subnet 30 to the second subnet 20 ,

Der dritte Energiespeicher Batt3 ist zwischen einer Zentralleitung des dritten Teilnetzes 30 und einem Bezugspotential des Fahrzeugs verschaltet und weist zwischen seinen Klemmen eine der Nennspannung der dritten Spannungsebene entsprechende Klemmenspannung (z.B. 48V) auf. In einer dem Fachmann bekannten Weise, umfasst der dritte Energiespeicher Batt3 eine Anzahl an Speicherzellen (Batteriezellen), wobei an einem Teilabgriff BKP des dritten Energiespeichers Batt3, bezogen auf das Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes, eine Spannung abgreifbar ist, welche der Nennspannung des ersten Teilnetzes 10, z.B. 12V, entspricht.The third energy store Batt3 is between a central line of the third subnetwork 30 and a reference potential of the vehicle interconnected and has between its terminals on the rated voltage of the third voltage level corresponding terminal voltage (eg 48V). In a manner known to those skilled in the art, the third energy store comprises Batt3 a number of memory cells (battery cells), wherein at a partial tap BKP of the third energy store Batt3 , Based on the reference potential of the vehicle electrical system, a voltage can be tapped, which is the rated voltage of the first subnet 10 , eg 12V, corresponds.

Das erste Teilnetz 10 ist mit dem Knotenpunkt BKP des dritten Energiespeichers Batt3 verbunden. Dadurch stellt der zwischen dem Teilabgriff BKP und dem Bezugspotential des dritten Energiespeichers Batt3 liegende Speicherabschnitt B1 den ersten Energiespeicher des ersten Teilnetzes 10 aus 2 bereit. Mit anderen Worten ist der erste Energiespeicher Batt1, den die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung gemäß 2 aufweist, dadurch eliminiert, dass das erste Teilnetz 10 mit dem Teilabgriff BKP des dritten Energiespeichers Batt3 verbunden ist, an dem eine, bezogen auf das Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes 1, dem ersten Teilnetz 10 entsprechende Spannung anliegt. Ein Restspeicherabschnitt B2 des dritten Energiespeichers Batt3 ist dementsprechend zwischen dem Teilabgriff BKP und der zentralen Leitung des dritten Teilnetzes 30 angeordnet.The first subnet 10 is with the node BKP of the third energy store Batt3 connected. As a result, the intermediate between the partial tap BKP and the reference potential of the third energy store Batt3 lying memory section B1 the first energy store of the first subnetwork 10 out 2 ready. In other words, the first energy storage Batt1 , the arrangement known from the prior art according to 2 has, thereby eliminating that the first subnet 10 with the partial tap BKP of the third energy store Batt3 is connected to the one, based on the reference potential of the vehicle electrical system 1 , the first subnet 10 appropriate voltage is applied. A residual storage section B2 of the third energy store Batt3 is accordingly between the partial tap BKP and the central line of the third subnetwork 30 arranged.

Die Betriebsstrategie zur Sicherstellung der Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher S, EPS, welche sowohl mit dem ersten Stromverteiler SV als auch mit dem zweiten Stromverteiler SV2 verbunden sind, kann entsprechend der in Verbindung mit 2 beschriebenen Vorgehensweise realisiert werden. Um eine im Betrieb des Fahrzeug-Bordnetzes auftretende Ladungsunter - oder überdeckung der dem Speicherabschnitt B1 zugehörigen Speicherzellen gegenüber den dem Restspeicherabschnitt B2 zugehörigen Speicherzellen des dritten Energiespeichers Batt3 ausgleichen zu können, kann das Entkoppelelement EE als Energietransferelement ETE genutzt werden. Durch entsprechenden Betrieb des Gleichspannungswandlers DC/DC als Energietransferelement ETE kann ein Nachladen der dem Speicherabschnitt B1 des dritten Energiespeichers Batt3 zugehörigen Speicherzellen erfolgen. Die für das Nachladen notwendige Energie kann z.B. aus dem zweiten Energiespeicher Batt2 und/oder dem dritten Teilnetz 30 über den Gleichspannungswandler DC/DC2 entnommen werden. Der Ladungsausgleich erfolgt solange, bis die Zellspannungen der Speicherzellen des Speicherabschnitts B1 und die Spannungen der Speicherzellen des Restspeicherabschnitts B2 einander entsprechen.The operating strategy to ensure the supply of safety-relevant consumers S . EPS which works with both the first power distributor SV as well as with the second power distributor SV2 may be connected in accordance with 2 be implemented procedure described. To a occurring in the operation of the vehicle electrical system charge under - or cover the memory section B1 associated memory cells with respect to the residual memory section B2 associated memory cells of the third energy storage Batt3 To be able to compensate, the decoupling element EE as an energy transfer element ETE be used. By appropriate operation of the DC-DC converter DC / DC as an energy transfer element ETE may be a reloading of the memory section B1 of the third energy store Batt3 associated memory cells take place. The energy required for recharging can, for example, from the second energy storage BATT2 and / or the third subnet 30 via the DC-DC converter DC / DC2 be removed. The charge equalization takes place until the cell voltages of the memory cells of the memory section B1 and the voltages of the memory cells of the residual memory section B2 correspond to each other.

Wird der Ladungsausgleich über den Gleichspannungswandler DC/DC vorgenommen, bleibt das reversibel steuerbare Schaltelement S1 (sofern dies überhaupt vorhanden ist) sperrend geschaltet. Umfasst das Entkoppelelement EE lediglich das steuerbare Schaltelement S1, so kann der Ladungsausgleich auch über das leitend geschaltete steuerbare Schaltelement S1 als Energietransferelement ETE erfolgen. Beim alleinigen Vorhandensein des steuerbaren Schaltelements S1 ist es zweckmäßig, ein ASIL-fähiges Schaltelement zu nutzen.Will the charge balance on the DC-DC converter DC / DC made, the reversibly controllable switching element S1 (if this is ever present) remains switched off. Includes the decoupling element EE only the controllable switching element S1, the charge balance can also via the controllable switching element S1 connected as an energy transfer element ETE respectively. In the sole presence of the controllable switching element S1, it is expedient to use an ASIL-capable switching element.

Die 4 und 5 zeigen Abwandlungen des in 3 dargestellten Fahrzeug-Bordnetzes 1. Dabei ist das in 3 vorgesehene Energietransferelement ETE zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz 10, 20 jeweils entfallen. Dies bedeutet, das erste und das zweite Teilnetz 10, 20 weisen keine elektrische Verbindung zueinander auf. Die Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher S, EPS erfolgt im normalen Betrieb über das zweite Teilnetz 2 und den zweiten Energiespeicher Batt2. Sofern die von dem zweiten Energiespeicher lieferbare Energie zur Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher S, EPS nicht ausreichend ist, kann über den Gleichspannungswandler DC/DC2 aus dem dritten Teilnetz 30 weitere Energie bezogen werden. Bei Auftreten eines Fehlers, z.B. im zweiten Teilnetz 20, kann die Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher S, EPS dann über den Speicherabschnitt B1 des dritten Energiespeichers Batt3 aus dem ersten Teilnetz 30 erfolgen. Der Ausgleich der Ladungsunterdeckung erfolgt über einen Gleichspannungswandler DC/DC3, welcher zwischen der zentralen Leitung des Teilnetzes 30 und dem Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes verschaltet ist. Der Gleichspannungswandler DC/DC3 kann hier als Tiefsetzsteller, z.B. als Buck-Converter ausgebildet sein. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler DC/DC3 mit dem Knotenpunkt BKP verbunden. Der Gleichspannungswandler DC/DC3 wird zum Ausgleich der Ladungsunterdeckung beispielsweise von dem Startergenerator SGR gespeist.The 4 and 5 show variations of the in 3 illustrated vehicle electrical system 1 , It is in 3 provided energy transfer element ETE between the first and second subnets 10 . 20 each accounted for. This means the first and second subnets 10 . 20 have no electrical connection to each other. The supply of safety-relevant consumers S . EPS takes place in normal operation via the second subnet 2 and the second energy storage BATT2 , If the energy that can be supplied by the second energy store supplies power to the safety-relevant consumers S, EPS is not sufficient, via the DC-DC converter DC / DC2 from the third subnet 30 additional energy can be purchased. If an error occurs, eg in the second subnet 20 , can supply the security consumers S . EPS then over the memory section B1 of the third energy store Batt3 from the first subnet 30 respectively. The compensation of the charge shortage occurs via a DC-DC converter DC / DC3 which is between the central line of the subnetwork 30 and the reference potential of the vehicle electrical system is interconnected. The DC-DC converter DC / DC3 can be designed here as a buck converter, for example as a buck converter. On the output side is the DC-DC converter DC / DC3 with the node BKP connected. The DC-DC converter DC / DC3 is to compensate for the charge shortage, for example, from the starter generator SGR fed.

Die Variante gemäß 5 unterscheidet sich dadurch, dass der Gleichspannungswandler DC/DC3 eingangsseitig mit der zentralen Leitung des dritten Teilnetzes 30 und dem Teilabgriff BKP und ausgangsseitig mit dem Bezugspotential des Fahrzeug-Bornetzes 1 und dem Teilabgriff BKP verschaltet ist. In dieser Variante kann der Gleichspannungswandler als Cuk-Wandler oder Sperrwandler mit galvanischer Trennung ausgebildet sein.The variant according to 5 differs in that the DC-DC converter DC / DC3 input side with the central line of the third subnet 30 and the partial tap BKP and the output side with the reference potential of the vehicle Bornetzes 1 and the partial tap BKP is interconnected. In this variant, the DC-DC converter can be designed as a Cuk converter or flyback converter with galvanic isolation.

Das vorgeschlagene Fahrzeug-Bordnetz ermöglicht die einfache und kostengünstige Realisierung eines Drei-Speicher-Bordnetzes, welches physikalisch tatsächlich nur zwei Energiespeicher benötigt. Ein zusätzlicher redundanter Energiespeicher des ersten Teilnetzes kann durch die synergetische Nutzung eines Teilabgriffes des Energiespeichers des dritten Teilnetzes, das mit einer höheren Nennspannung betrieben wird, entfallen. Sicherheitsrelevante Funktionen können durch die intelligente Versorgung und Verschaltung sowie durch eine einfache Modifikation der üblichen 48/12-Volt Standardarchitektur gewährleistet werden. Insbesondere wird ein hochautonomes Fahren mit redundanter Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher ermöglicht.The proposed vehicle electrical system allows the simple and cost-effective implementation of a three-storage vehicle electrical system, which physically requires only two energy storage. An additional redundant energy storage of the first subnetwork can be omitted by the synergetic use of a Teilabgriffes the energy storage of the third subnetwork, which is operated with a higher nominal voltage. Safety-relevant functions can be ensured by the intelligent supply and interconnection as well as by a simple modification of the usual 48/12-volt standard architecture. In particular, highly autonomous driving with redundant supply of safety-relevant consumers is made possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeug-BordnetzVehicle electrical system
1010
erstes Teilnetzfirst subnet
2020
zweites Teilnetzsecond subnet
3030
drittes Teilnetzthird subnet
Batt1Batt1
erster Energiespeicherfirst energy store
Batt2BATT2
zweiter Energiespeichersecond energy store
Batt3Batt3
dritter Energiespeicherthird energy storage
B1B1
Speicherabschnitt des dritten EnergiespeichersMemory section of the third energy storage
B2 B2
Restspeicherabschnitt des dritten EnergiespeichersRemaining memory portion of the third energy storage
BKPBKP
TeilabgriffTeilabgriff
EEEE
Entkoppelelementdecoupling
ETEETE
EnergietransferelementEnergy transfer element
DC/DCDC / DC
Gleichspannungswandler des Entkoppelelements EE zwischen erstem und zweitem TeilnetzDC-DC converter of the decoupling element EE between the first and second subnets
DC/DC2DC / DC2
Gleichspannungswandler zwischen zweitem und drittem TeilnetzDC-DC converter between the second and third subnetwork
DC/DC3DC / DC3
GleichspannungswandlerDC converter
FF
Sicherungfuse
GG
Generatorgenerator
KLKL
Klemmenjam
S, EPSS, EPS
sicherheitsrelevante Verbrauchersafety-relevant consumers
VV
Verbraucherconsumer
SV, SHSV, SH
erster Stromverteilerfirst power distributor
SV2SV2
zweiter Stromverteilersecond power distributor
SGRSGR
Energeierzeuger (Startergenerator)Energeierzeuger (starter generator)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014221281 [0010]DE 102014221281 [0010]
  • DE 102014221281 A1 [0014, 0039]DE 102014221281 A1 [0014, 0039]

Claims (12)

Fahrzeug-Bordnetz, umfassend - ein erstes Teilnetz (10) einer ersten Spannungsebene, an das zumindest ein erster Energiespeicher angeschlossen ist zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie; - ein zweites Teilnetz (20) einer zweiten Spannungsebene, an das zumindest ein zweiter Energiespeicher (Batt2) angeschlossen ist zur Einspeisung von Energie und/oder zur Entnahme von Energie; - eine Anzahl an Verbrauchern (V, S, EPS), wobei zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern (S, EPS) mit dem ersten und mit dem zweiten Teilnetz (10, 20) koppelbar ist und in Abhängigkeit einer Betriebssituation aus dem ersten und/oder dem zweiten Teilnetz (10, 20) mit Energie versorgbar ist; und dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Teilnetz (30) einer dritten Spannungsebene vorgesehen ist, die höher als die erste und die zweite Spannungsebene ist, wobei an das dritte Teilnetz (30) ein dritter Energiespeicher (Batt3) angeschlossen ist, der zumindest einen Teilabgriff (BKP) umfasst, an dem, bezogen auf ein Bezugspotential des Fahrzeug-Bordnetzes, eine der ersten Spannungsebene entsprechende Spannung anliegt, und ein Knotenpunkt des ersten Teilnetzes (10) mit dem Teilabgriff (BKP) des dritten Energiespeichers (Batt3) verbunden ist, wodurch der erste Energiespeicher des ersten Teilnetzes (10) durch einen Speicherabschnitt (B1) des dritten Energiespeichers (Batt3) bereitgestellt ist.Vehicle electrical system, comprising - a first sub-network (10) of a first voltage level, to which at least a first energy store is connected for feeding energy and / or for the removal of energy; - A second sub-network (20) of a second voltage level, to which at least a second energy store (Batt2) is connected to the supply of energy and / or for the removal of energy; - A number of consumers (V, S, EPS), wherein at least a part number of the number of consumers (S, EPS) with the first and with the second subnet (10, 20) can be coupled and depending on an operating situation from the first and / or the second subnetwork (10, 20) can be supplied with energy; and characterized in that a third subnetwork (30) of a third voltage level is provided, which is higher than the first and the second voltage level, to the third subnetwork (30) a third energy store (Batt3) is connected, which at least one Teilabgriff ( BKP) to which, based on a reference potential of the vehicle electrical system, a voltage corresponding to the first voltage level is applied, and a node of the first subnet (10) to the sub-tap (BKP) of the third energy store (Batt3) is connected, whereby the first energy store of the first subnetwork (10) is provided by a memory section (B1) of the third energy store (Batt3). Fahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein steuerbares Energietransferelement (ETE) umfasst, das dazu ausgebildet ist, den Ladezustand von Speicherzellen in dem Speicherabschnitt (B1) des dritten Energiespeichers (Batt3) auszugleichen, wenn diese gegenüber Speicherzellen eines Restspeicherabschnitts (B2) des dritten Energiespeichers (Batt3) eine Ladungsunter- oder Überdeckung aufweisen.Vehicle electrical system after Claim 1 characterized in that it comprises a controllable energy transfer element (ETE), which is designed to compensate for the state of charge of memory cells in the memory section (B1) of the third energy store (Batt3), when compared to memory cells of a residual memory section (B2) of the third energy store ( Batt3) have a charge underside or cover. Fahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Energietransferelement (ETE) das erste Teilnetz (10) elektrisch mit dem zweiten Teilnetz (20) miteinander verbindet.Vehicle electrical system after Claim 2 , characterized in that the energy transfer element (ETE) electrically interconnects the first subnetwork (10) with the second subnetwork (20). Fahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Energietransferelement (ETE) zwischen einem Knotenpunkt des dritten Teilnetzes (30) und dem Teilabgriff (BKP) verschaltet ist.Vehicle electrical system after Claim 2 , characterized in that the energy transfer element (ETE) between a node of the third subnet (30) and the sub-tap (BKP) is connected. Fahrzeug-Bordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energietransferelement (ETE) ein Gleichspannungswandler (DC/DC, DC/DC3) ist.Vehicle electrical system according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that the energy transfer element (ETE) is a DC-DC converter (DC / DC, DC / DC3). Fahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Energietransferelement (ETE) ein Schaltelement umfasst, das im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines ersten Steuersignals leitend geschaltet und beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz (10, 20) mittels des ersten Steuersignals sperrend geschaltet ist.Vehicle electrical system after Claim 2 or 3 , characterized in that the energy transfer element (ETE) comprises a switching element, which is switched in the normal operation of the electrical system by means of a first control signal and switched off when a fault in the first or the second subnet (10, 20) by means of the first control signal , Fahrzeug-Bordnetz nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (DC/DC, DC/DC3) im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes mittels eines zweiten Steuersignals derart angesteuert ist, dass dieser Energie von dem ersten Teilnetz (10) zu dem zweiten Teilnetz (20), oder umgekehrt, überträgt und beim Auftreten eines Fehlers in dem ersten oder dem zweiten Teilnetz (10, 20) mittels des zweiten Steuersignals derart angesteuert ist, dass dieser eine Energieübertragung zwischen dem ersten Teilnetz (10) und dem zweiten Teilnetz (20) verhindert.Vehicle electrical system according to one of Claims 2 . 3 or 6 , characterized in that the DC-DC converter (DC / DC, DC / DC3) is controlled in the normal operation of the electrical system by means of a second control signal such that this energy from the first subnet (10) to the second subnet (20), or vice versa, transmits and when an error occurs in the first or the second subnetwork (10, 20) is controlled by means of the second control signal such that it prevents an energy transfer between the first subnetwork (10) and the second subnetwork (20). Fahrzeug-Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Spannungsebene gleiche Spannungsebenen, insbesondere mit einer Nennspannung von 12 V, sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second voltage level equal voltage levels, in particular with a nominal voltage of 12 V, are. Fahrzeug-Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spannungsebene eine Nennspannung von 24 V oder 48 V aufweist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the third voltage level has a nominal voltage of 24 V or 48 V. Fahrzeug-Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Teilnetz (30) und das zweite Teilnetz (20) über einen Gleichspannungswandler gekoppelt sind.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, characterized in that the third subnetwork (30) and the second subnetwork (20) are coupled via a DC-DC converter. Fahrzeug-Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dieses ferner umfasst: - zumindest einen ersten Stromverteiler (SV, SH), der eine Mehrzahl an ersten Klemmen umfasst, an die jeweils die Anzahl an Verbrauchern (S, EPS) angeschlossen ist, wobei der zumindest eine erste Stromverteiler (SV, SH) an das zweite Teilnetz (20) angeschlossen ist; und - zumindest einen zweiten Stromverteiler (SV2), der eine Mehrzahl an zweiten Klemmen umfasst, an die jeweils die Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern (V, S, EPS) angeschlossen ist, wobei der zweite Stromverteiler (SV2) an das erste Teilnetz (10) angeschlossen ist, wobei die zumindest eine Teilanzahl der Anzahl an Verbrauchern (S, EPS) in Abhängigkeit der Betriebssituation von dem ersten und/oder dem zweiten Stromverteiler (SV, SV2) mit Energie versorgbar ist.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, wherein it further comprises: at least one first power distributor (SV, SH) which comprises a plurality of first terminals to which the number of consumers (S, EPS) is respectively connected, the at least one first power distributor (SV, SH) being connected to the second subnet ( 20) is connected; and - At least a second power distributor (SV2) comprising a plurality of second terminals, to which in each case the number of parts of the number of consumers (V, S, EPS) is connected, wherein the second power distributor (SV2) to the first subnet (10) is connected, wherein the at least a part number of the number of consumers (S, EPS) depending on the operating situation of the first and / or the second power distributor (SV, SV2) can be supplied with energy. Fahrzeug-Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mit dem ersten und dem zweiten Teilnetz (10, 20) gekoppelten Verbraucher (S, EPS) sicherheitsrelevante Komponenten des Fahrzeugs sind, die für die Aufrechterhaltung oder Durchführung einer autonomen Bewegung des Fahrzeugs notwendig sind oder genutzt werden.Vehicle electrical system according to one of the preceding claims, in which the consumers (S, EPS) coupled to the first and the second sub-network (10, 20) are safety-relevant components of the vehicle necessary for the maintenance or carrying out an autonomous movement of the vehicle are necessary or used.
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