DE102017011856A1

DE102017011856A1 - Elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017011856A1
Application number: DE102017011856.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Boesig; Christian Bohne; Juergen Elser; Marc Eschenhagen; Jan Hoffmann; Felix Hoos; Oliver Koller; Ralf Oberfell
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Daimler AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Erfindungsgemäß umfasst das elektrische Bordnetz (1) zwei Batterien (B1, B2) mit gleicher elektrischer Nennspannung, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei zu jeder Batterie (B1, B2) jeweils eine Diode (D1, D2) derart elektrisch parallel geschaltet ist, dass bei einer Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) diese unterbrochene Batterie (B1, B2) über die zu ihr elektrisch parallel geschaltete Diode (D1, D2) überbrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2014 008 516 A1 beschrieben, ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, bekannt. Das Bordnetz umfasst ein erstes Teilnetz, in dem eine erste Nennspannung anliegt. Das erste Teilnetz umfasst einen ersten Energiespeicher und einen ersten, durch mehrere Verbraucher gebildeten Lastwiderstand. Das Bordnetz umfasst des Weiteren ein zweites Teilnetz, in dem eine zweite Nennspannung anliegt. Das zweite Teilnetz umfasst einen Generator und einen zweiten Energiespeicher. Das erste und zweite Teilnetz sind über eine Parallelschaltung aus einem Spannungswandler und einer Hilfsladeeinrichtung miteinander gekoppelt. Die Hilfsladeeinrichtung umfasst ein nicht-regelbares Strombegrenzungselement und mindestens einen hierzu in Reihe geschalteten Schalter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug umfasst zwei Batterien, auch als elektrochemische Energiespeicher bezeichnet, mit gleicher elektrischer Nennspannung, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei zu jeder Batterie jeweils eine Diode derart elektrisch parallel geschaltet ist, dass bei einer Unterbrechung einer der Batterien diese unterbrochene Batterie über die zu ihr elektrisch parallel geschaltete Diode überbrückt wird. Dies wird insbesondere durch eine entsprechende Ausrichtung der jeweiligen Diode, insbesondere durch eine entsprechende Ausrichtung ihrer Durchlassrichtung, im elektrischen Bordnetz erreicht.
Die Batterien sind zweckmäßigerweise wiederaufladbar ausgebildet und werden daher auch als Akkumulator bezeichnet. Alternativ zur jeweiligen Batterie kann beispielsweise auch ein anderer Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen sein, zum Beispiel ein Kondensator.
Beträgt eine elektrische Nennspannung des elektrischen Bordnetzes beispielsweise 24 Volt, insbesondere bei Verwendung des elektrischen Bordnetzes in einem als Lastkraftwagen ausgebildeten Fahrzeug, so beträgt die elektrische Nennspannung der Batterien zweckmäßigerweise jeweils 12 Volt.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine redundante Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher für den Fehlerfall, das eine der Batterien intern unterbrochen ist oder eine Zuleitung einer der Batterien unterbrochen ist, zum Beispiel aufgrund einer gelösten Polklemme. Insbesondere bei der Verwendung des elektrischen Bordnetzes für ein als Lastkraftwagen ausgebildetes Fahrzeug wird sich dabei ein Unterschied vom 24V-Bordnetz im Lastkraftwagen zum 12V-Bordnetz in Personenkraftwagen zu Nutze gemacht. Bei 24 Volt können zwei unabhängige Batterien mit einer elektrischen Nennspannung von jeweils 12 Volt elektrisch in Reihe geschaltet werden. Somit sind im Fahrzeug bereits zwei Energiespeicher, d. h. zwei Batterien, vorhanden. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann diese vorhandene Redundanz bezüglich der Batterien genutzt werden, um damit insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher und/oder einen elektrischen Generator und dessen Erregerkreis zu versorgen.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird im Fehlerfall einer Batterieunterbrechung die jeweilige Batterie über die Dioden, insbesondere über die zu ihr elektrisch parallel geschaltete Diode, überbrückt, wodurch der Stromkreis geschlossen bleibt. Da während einer so genannten Segelphase ein Verbrennungsmotor und damit der elektrische Generator nicht aktiv sind, würde im Fall einer Batterieunterbrechung mit Hilfe der Erfindung das elektrische Bordnetz nicht völlig ausfallen, sondern weiterhin mit 12 Volt versorgt werden.
Der Einsatz von Dioden hat den Vorteil einer unterbrechungsfreien Versorgung, im Gegensatz zu Schaltern, die im Fehlerfall erst geschlossen werden müssten. Die Schalter benötigen meist ebenfalls eine Logik, welche die Schalter schließt. Auch die Logik benötigt gegebenenfalls elektrische Energie, um zu funktionieren. Mechanische Schalter haben weiterhin den Nachteil, dass sie verschleißen können.
Eine andere mögliche Lösung, bei der parallel zur Batterie selbstschließende Schalter genutzt werden, hat gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung den Nachteil, dass diese Schalter bei Spannungseinbrüchen ungewollt geschlossen werden können und so eine Batterie ungewollt kurzschließen. Da die erfindungsgemäß eingesetzten Dioden nur in eine Richtung leiten, kann dieser Fehlerfall nicht auftreten.
Vorteil der Erfindung ist weiterhin, dass passive Bauelemente genutzt werden, die keine weitere Ansteuerung benötigen. Des Weiteren können alle Komponenten im elektrischen Bordnetz unverändert bleiben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien,
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch parallel geschalteten Paaren elektrisch in Reihe geschalteter Batterien,
3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien,
4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien,
5 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 4 bei Ausfall der ersten Batterie,
6 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 4 bei Ausfall der zweiten Batterie,
7 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien,
8 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 7 bei Ausfall der ersten Batterie,
9 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 7 bei Ausfall der zweiten Batterie,
10 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien,
11 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 10 bei Ausfall der ersten Batterie,
12 schematisch eine Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 10 bei Ausfall der zweiten Batterie, und
13 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Batterien.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 13 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines elektrischen Bordnetzes 1 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein als Lastkraftwagen ausgebildetes Fahrzeug. Ein solches für einen Lastkraftwagen vorgesehenes elektrisches Bordnetz 1 weist zweckmäßigerweise eine elektrische Nennspannung von 24 Volt auf.
Diese Verwendung von 24-Volt Bordnetzen 1 in als Lastkraftwagen ausgebildeten Fahrzeugen ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Vorteilhafterweise werden hierfür als elektrische Energiequelle, wie in 1 gezeigt, zwei Batterien B1, B2, auch als Akkumulator bezeichnet, mit einer elektrischen Nennspannung von jeweils 12 Volt elektrisch in Reihe geschaltet.
Das elektrische Bordnetz 1 in 1 umfasst des Weiteren einen Verbrennungsmotor 2, zweckmäßigerweise inklusive eines entsprechenden Steuergeräts. Der Verbrennungsmotor 2 treibt einen elektrischen Generator 3 an. Dieser Generator 3 dient als elektrische Energiequelle, um elektrische Verbraucher V1 im elektrischen Bordnetz 1 zu versorgen und die Batterien B1, B2 aufzuladen. Neben Standardverbrauchern spielen hier sicherheitsrelevante Verbraucher 4 wie Licht, eine Lenkung, insbesondere eine elektrische Lenkung 5, oder ein Bremssystem eine wichtige Rolle.
In 1 nicht dargestellt, aber ebenfalls bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist es, elektrische Verbraucher V1, die nur 12 Volt Nennspannung benötigen, über einen so genannten Mittelabgriff zu versorgen. Dabei wird zwischen den beiden 12 Volt Batterien B1, B2 die Spannung abgegriffen und der elektrische Verbraucher V1 so mit der halben Bordnetz-Spannung versorgt.
Weiterhin ist es bereits aus dem Stand der Technik bekannt, den Verbrennungsmotor 2 in so genannten Segelphasen des Fahrzeugs abzuschalten. Insbesondere bei leichten Gefällestrecken wird ein Vortriebs- oder ein Bremsmoment des Verbrennungsmotors 2 nicht benötigt. In diesem Fall wird ein Antriebstrang geöffnet und der Verbrennungsmotor 2 abgeschaltet.
Damit steht jedoch die elektrische Energiequelle in Form des elektrischen Generators 3 nicht mehr zur Verfügung. Aus dem Stand der Technik ist es jedoch bekannt, dass der Generator 3 gemeinsam mit den beiden elektrisch in Reihe geschalteten Batterien B1, B2 eine Art redundante elektrische Energieversorgung darstellt, so dass beispielsweise im Falle einer Unterbrechung innerhalb einer der Batterien B1, B2 der Generator 3 die Energieversorgung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern 4 wie Licht und Lenkung, insbesondere der elektrischen Lenkung 5 mit beispielsweise 4 Nm bis 8 Nm, übernehmen kann.
Wird der Generator 3 in den so genannten Segelphasen abgeschaltet, muss diese Aufgabe eine andere Energiequelle übernehmen. Eine mögliche Lösung wäre die Integration eines weiteren Energiespeichers zum Speichern elektrischer Energie, zum Beispiel in Form zweier weiterer elektrisch in Reihe geschalteter Batterien B3, B4, insbesondere ebenfalls mit einer elektrischen Nennspannung von jeweils 12 Volt. Diese können, wie in 2 dargestellt, parallel zu den vorhandenen Batterien B1, B2 geschaltet werden und übernehmen so in den Segelphasen die Aufgabe einer redundanten elektrischen Energieversorgung. D. h. die Aufgabe der redundanten elektrischen Energieversorgung geht bei dieser Ausführungsform vom elektrischen Generator 3 auf die dritte und vierte Batterie B3, B4 über, wie durch einen Pfeil P schematisch angedeutet.
3 zeigt den elektrischen Generator 3 mit Generatorregler im Detail. Der Generator 3 ist links in 3 mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet. Der Generator 3 umfasst neben mechanischen Bauteilen und einem Ankerkreis einen Regler und eine nachgeschalte Erregerwicklung. Der Regler umfasst einen Logikbaustein ASIC, einen Leistungsschalter FET, eine Freilaufdiode FD und einen Erregerkreis.
Im Erregerkreis, dargestellt durch eine elektrische Erregerindiktivität L_Err und einen elektrischen Erregerwiderstand R_Err . fließt ein durch den Leistungsschalter FET getakteter Erregerstrom. Dieser erzeugt ein Magnetfeld, welcher in einem Anker A eine Spannung induziert, wodurch ein Ankerstrom durch eine elektrische Induktivität L_Anker von Statorwicklungen des Generators 3 und einen elektrischen Widerstand R_Anker der Statorwicklungen des Generators 3 fließt, welcher das elektrische Bordnetz 1 versorgt. Um einen Strom in die falsche Richtung zu verhindern, ist des Weiteren eine Diode D, insbesondere eine Sperrdiode, vorgesehen.
Das elektrische Bordnetz 1 des Fahrzeugs ist in 3 sehr vereinfacht dargestellt. Es besteht normalerweise aus einer Vielzahl von Verbrauchern V1, die im Ersatzschaltbild V1 durch einen Widerstand V1R, eine Spule V1L und einen Kondensator V1C repräsentiert werden. Wie oben beschrieben, sind des Weiteren die beiden Batterien B1, B2 insbesondere jeweils mit einer elektrischen Nennspannung von 12 Volt, elektrisch in Reihe geschaltet und werden vorteilhafterweise durch den Generator 3 geladen.
Nachteil der in 2 gezeigten Lösung eines weiteren Batteriestranges ist es, dass diese zusätzlichen Batterien B3, B4 ein hohes Gewicht und viel Platzbedarf mit sich bringen. Weiterhin verursachen sie Zusatzkosten, die von einer Treibstoffeinsparung der Segelphasen kaum wieder aufgewogen werden können.
Im Folgenden wird anhand der 4 bis 13 eine Lösung beschrieben, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und eine redundante Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher 4 für den Fehlerfall ermöglicht, dass eine der Batterien B1, B2 intern unterbrochen ist oder die Zuleitung zu einer der Batterien B1, B2 unterbrochen ist, zum Beispiel aufgrund einer gelösten Polklemme.
Diese Lösung nutzt den Unterschied vom 24V-Bordnetz 1 im als Lastkraftwagen ausgebildeten Fahrzeug zum 12V-Bordnetz im als Personenkraftwagen ausgebildeten Fahrzeug, denn bei dem Bordnetz 1 mit 24 Volt Nennspannung werden bereits zwei unabhängige Batterien B1, B2 elektrisch in Reihe geschaltet. Somit sind im Fahrzeug bereits zwei Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie vorhanden. Durch die im Folgenden beschriebene Lösung wird diese vorhandene Redundanz genutzt, um damit sicherheitsrelevante Verbraucher 4 und/oder den Generator 3 und dessen Erregerkreis zu versorgen.
Bei der hier beschriebenen Lösung umfasst das elektrische Bordnetz 1 die beiden Batterien B1, B2 mit gleicher elektrischer Nennspannung, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dabei ist vorgesehen, dass zu jeder Batterie B1, B2 jeweils eine Diode D1, D2 derart elektrisch parallel geschaltet ist, dass bei einer Unterbrechung einer der Batterien B1, B2 diese unterbrochene Batterie B1, B2 über die zu ihr elektrisch parallel geschaltete Diode D1, D2 überbrückt wird. Bei der hier beschriebenen Lösung wird somit im Fehlerfall einer Batterieunterbrechung die unterbrochene Batterie B1, B2 über die jeweilige Diode D1, D2 überbrückt, so dass der Stromkreis geschlossen bleibt.
Da während der sogenannten Segelphasen der Verbrennungsmotor 2 und damit der Generator 3 nicht aktiv sind, würde im Fall einer Batterieunterbrechung mittels der hier beschriebenen Lösung das Bordnetz 1 nicht völlig ausfallen, sondern weiterhin mit der Spannung der verbleibenden Batterie B1, B2 und somit im dargestellten Beispiel mit 12 Volt versorgt werden.
Der Einsatz von Dioden D1, D2 bringt den Vorteil einer unterbrechungsfreien Versorgung, im Gegensatz zu Schaltern, die im Fehlerfall erst geschlossen werden müssten. Die Schalter benötigen meist ebenfalls eine Logik, welche die Schalter schließt. Auch die Logik benötigt gegebenenfalls elektrische Energie, um zu funktionieren. Mechanische Schalter haben weiterhin den Nachteil, dass diese verschleißen können.
Es wären auch Lösungen denkbar, bei denen parallel zur Batterie B1, B2 selbstschließende Schalter genutzt werden. Diese Schalter haben jedoch den Nachteil, dass sie bei Spannungseinbrüchen ungewollt geschlossen werden können und so eine Batterie B1, B2 ungewollt kurzschließen. Da die bei der hier beschriebenen Lösung eingesetzten Dioden D1, D2 nur in eine Richtung leiten, kann dieser Fehlerfall in den dargestellten Schaltungen gemäß den 4 bis 13 nicht auftreten.
Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Lösung ist, dass passive Bauelemente genutzt werden, die keine weitere Ansteuerung benötigen. Zudem können alle Komponenten im Bordnetz 1 unverändert bleiben.
Die 4 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der hier beschriebenen Lösung und ihre Funktionsweise.
Die 4 zeigt einen detaillierten Aufbau dieser ersten Ausführungsform. Insbesondere sind die hinzugefügten Dioden D1, D2 dargestellt, welche elektrisch parallel zu den Batterien B1, B2 geschaltet sind. Die Dioden D1, D2 haben die Aufgabe, bei Unterbrechung einer der Batterien B1, B2 den Stromkreis zu schließen. Im Normalfall, wenn das Bordnetz 1 durch den Generator 3 oder durch die beiden Batterien B1, B2 versorgt wird, sind die Dioden D1, D2 durch die Sperrwirkung inaktiv.
Die 5 zeigt den Fehlerfall, dass die erste Batterie B1 unterbrochen ist, schematisch dargestellt durch eine x-förmige Durchstreichung der ersten Batterie B1. Da die zweite Batterie B2 weiterhin funktionsfähig ist, ist die zweite Diode D2 weiterhin inaktiv und verhindert durch ihre Speereigenschaften einen Kurzschluss der zweiten Batterie B2. Um die an das Bordnetz 1 angeschlossenen Verbraucher V1, dargestellt durch das entsprechende Ersatzschaltbild V1, weiterhin zu versorgen, schließt die erste Diode D1 die Unterbrechung zwischen der zweiten Batterie B2 und dem Bordnetz 1. Ein entsprechend geänderter Stromfluss ist durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
Den analogen Fall zeigt die 6. Hier wird der Fehlerfall gezeigt, dass die zweite Batterie B2 unterbrochen ist, schematisch dargestellt durch eine x-förmige Durchstreichung der zweiten Batterie B2. Aufgrund dessen fehlt der ersten Batterie B1 eine Anbindung zur Masse. Diese Aufgabe übernimmt die zweite Diode D2, welche den Strom parallel zur zweiten Batterie B2 leitet. Auch hier ist ein entsprechend geänderter Stromfluss durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
In beiden Fällen, d. h. sowohl bei Unterbrechung der ersten Batterie B1 gemäß 5 als auch bei Unterbrechung der zweiten Batterie B2 gemäß 6, liegt an den Verbrauchern V1 die halbe Nennspannung des Bordnetzes 1 an, nämlich die Nennspannung jeweils einer der Batterien B1, B2, in diesem Fall ca. 12 Volt. Auch der Erregerkreis des Generators 3 wird mit dieser halben Nennspannung des Bornetzes 1, d. h. mit diesen 12 Volt, versorgt. Mit dieser Spannung kann eine Kupplung eines Getriebes des Fahrzeugs geschlossen werden, wodurch sich der Verbrennungsmotor 2 mitsamt dem Generator 3 im Schubbetrieb dreht.
Die am Erregerkreis anliegende Spannung, welche der Hälfte der Nennspannung des Bordnetzes 1 und der Nennspannung einer der beiden Batterien B1, B2 entspricht, im hier beschriebenen Beispiel 12 Volt, ist ausreichend, um einen Erregerstrom zu treiben und im Ankerkreis eine Spannung zu induzieren. Dadurch erhöht sich der Erregerstrom weiter, so dass es der Generator 3 letztendlich schafft, wieder die Nennspannung des Bordnetzes 1 von in diesem Beispiel 24 Volt zu erzeugen.
Diese vom Generator 3 erzeugte Nennspannung des Bordnetzes 1 kann dazu genutzt werden, beim Anhalten des Fahrzeugs in den sicheren Zustand Licht und andere sicherheitsrelevante Verbraucher 4 zu versorgen. Des Weiteren wird auch eine Steuerung des Verbrennungsmotors 2 versorgt und eine Kraftstoffeinspritzung gestartet. Dadurch produziert der Verbrennungsmotor 2 Vortrieb und ein so genannter Limp-Home-Betrieb, d. h. insbesondere eine Notlauffunktion des Fahrzeugs, ist möglich, bis der Verbrennungsmotor 2 abgestellt wird.
Um ein Toggeln der Spannung beim Hochlaufvorgang des Bordnetzes 1 zu vermeiden, ist es sinnvoll, entweder in den jeweiligen Bordnetzkomponenten eine Totzeit zu hinterlegen, wenn beispielsweise 16 Volt oder 18 Volt oder ein anderer vorgegebener Grenzwert unterhalb der Nennspannung des Bordnetzes 1 und oberhalb der halben Nennspannung des Bordnetzes 1 überschritten wird. Alternativ kann auch über Daten oder eine Steuerung verhindert werden, dass sich alle Komponenten beim gleichen Spannungswert und Zeitpunkt zuschalten und so den Generator 3 überfordern.
Die 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der hier beschriebenen Lösung und ihre Funktionsweise.
Die Idee des Notlauf-Betriebs soll auch in der zweiten Ausführungsform aufgegriffen werden. Den Aufbau dieser zweiten Ausführungsform zeigt die 7. Hier wird der Mittelabgriff zwischen den beiden elektrisch in Reihe geschalteten Batterien B1, B2 nicht dazu genutzt, die Verbraucher V1 im elektrischen Bordnetz 1 direkt zu betreiben. Stattdessen dient der Mittelabgriff ausschließlich dazu, den Erregerkreis des Generators 3 zu versorgen. Hierfür sind zwei weitere Dioden D3, D4 vorgesehen.
Somit dient der Mittelabgriff ausschließlich dem Zweck, den Generator 3 nach der Segelphase und im Fehlerfall einer Batterieunterbrechung wieder in Betrieb zu nehmen. Ziel ist es, die sicherheitsrelevanten Verbraucher 4 auch im Fehlerfall mit der vollen Nennspannung des elektrischen Bordnetzes 1 von in diesem Beispiel 24 Volt zu versorgen.
Diese Lösung ist vor allem dann sinnvoll, wenn die halbe Nennspannung des elektrischen Bordnetzes 1 von in diesem Beispiel 12 Volt über den Mittelabgriff nicht dazu ausreicht, sicherheitsrelevante Verbraucher 4 zu betreiben.
Die Funktionsweise im Fehlerfall einer Unterbrechung der ersten Batterie B1 zeigt die 8, wobei der Fehlerfall schematisch dargestellt ist durch eine x-förmige Durchstreichung der ersten Batterie B1. Über den Mittelabgriff zwischen den beiden Batterien B1, B2 und die erste Diode D1 wird der Erregerkreis des Generators 3 mit der Nennspannung der zweiten Batterie B2 von in diesem Beispiel 12 Volt versorgt. Über die vierte Diode D4 fließt der Strom zur zweiten Batterie B2 zurück. Auch hier ist ein entsprechend geänderter Stromfluss durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
Durch das Takten des Leistungsschalters FET wird der Erregerstrom geschaltet, welcher bei drehendem Generator 3 einen Ankerstrom induziert. Beträgt die Ausgangsspannung des Generators 3 mehr als die Nennspannung der zweiten Batterie B2 von in diesem Beispiel 12 Volt, so wird der Ausgangstrom über die dritte Diode D3 zum Erregerkreis geleitet und sorgt dort für einen höheren Erregerstrom.
Durch diesen Verstärkungseffekt schafft es der Generator 3 letztendlich wieder, die Nennspannung des elektrischen Bordnetzes 1 von 24 Volt den Verbrauchern V1 im elektrischen Bordnetz 1 bereitzustellen. Diese Verbraucher V1 sind, wie bereits beschrieben, in Form des Ersatzschaltbildes V1 repräsentiert.
Analog ist der Fall einer Unterbrechung in der zweiten Batterie B2 in der 9, wobei auch hier dieser Fehlerfall schematisch dargestellt ist durch eine x-förmige Durchstreichung der zweiten Batterie B2. Hier ermöglicht die zweite Diode D2 eine Verbindung der ersten Batterie B1 zur Masse und die dritte Diode D3 ermöglicht die Verbindung zum Pluspol des Erregerkreises. Auch hier ist ein entsprechend geänderter Stromfluss durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
In diesem Fall wird der Erregerkreis mit der Nennspannung der ersten Batterie B1 von in diesem Beispiel 12 Volt versorgt. Dreht sich der Generator 3, wird auch hier eine Spannung induziert und über den Ankerkreis und die dritte Diode D3 dem Erregerkreis zugeführt. Durch diese Verstärkung schaffte es der Generator 3, auch in diesem Fall die Verbraucher V1 zu versorgen.
Die 10 bis 12 zeigen eine dritte Ausführungsform der hier beschriebenen Lösung und ihre Funktionsweise, wobei 10 den grundsätzlichen Aufbau, 11 den Fehlerfall der Unterbrechung der ersten Batterie B1 und 12 den Fehlerfall der Unterbrechung der zweiten Batterie B2 zeigt.
Bei dieser Ausführungsform werden ausgewählte sicherheitsrelevante Verbraucher 4, im dargestellten Beispiel ein Getriebesteuergerät TCM zum Schließen der Kupplung, über den Mittelabgriff versorgt. Dieses Getriebesteuergerät TCM als ausgewählter sicherheitsrelevanter Verbraucher 4 ist hier durch ein weiteres Ersatzschaltbild mit einem Getriebesteuergerätkondensator TCMC, einer Getriebesteuergerätspule TCML und einem Getriebesteuergerätwiderstand TCMR dargestellt.
11 zeigt den Fehlerfall einer Unterbrechung der ersten Batterie B1, wobei der Fehlerfall schematisch dargestellt ist durch eine x-förmige Durchstreichung der ersten Batterie B1. Über den Mittelabgriff zwischen den beiden Batterien B1, B2 und die erste Diode D1 wird im dargestellten Beispiel das Getriebesteuergerät TCM zum Schließen der Kupplung als ausgewählter sicherheitsrelevanter Verbraucher 4 über den Mittelabgriff mit der Nennspannung der zweiten Batterie B2 von in diesem Beispiel 12 Volt versorgt. Über die vierte Diode D4 fließt der Strom zur zweiten Batterie B2 zurück. Auch hier ist ein entsprechend geänderter Stromfluss durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
12 zeigt den Fehlerfall einer Unterbrechung in der zweiten Batterie B2, wobei auch hier dieser Fehlerfall schematisch dargestellt ist durch eine x-förmige Durchstreichung der zweiten Batterie B2. Hier ermöglicht die zweite Diode D2 eine Verbindung der ersten Batterie B1 zur Masse und die dritte Diode D3 ermöglicht die Verbindung zum Getriebesteuergerät TCM zum Schließen der Kupplung als ausgewählten sicherheitsrelevanten Verbraucher 4, wodurch auch hier das Getriebesteuergerät TCM mit der Nennspannung der ersten Batterie B1 von in diesem Beispiel 12 Volt versorgt wird. Auch hier ist ein entsprechend geänderter Stromfluss durch gestrichelte Pfeile GP dargestellt.
13 zeigt eine vierte Ausführungsform der hier beschriebenen Lösung, wobei hier der Fehlerfall dargestellt ist, dass die zweite Batterie B2 unterbrochen ist, schematisch dargestellt durch eine x-förmige Durchstreichung der zweiten Batterie B2. Die Dioden D1 und D2 sind hierbei im Generator 3 integriert. Die Schaltung und ihre Funktionsweise ähneln der in den 7 bis 9 dargestellten zweiten Ausführungsform. Um ein Toggeln der Spannung beim Hochlaufvorgang des Bordnetzes 1 zu vermeiden, sind bei dieser vierten Ausführungsform, im Unterschied zur in den 7 bis 9 dargestellten zweiten Ausführungsform, zwischen dem Generator 3 und den Verbrauchern V1 zwei Messpunkte M1, M2 angeordnet und zwischen den Messpunkten M1, M2 sind zwei Schalter S1 und S2, insbesondere Halbleiterschalter S1, S2, elektrisch parallel zueinander geschaltet, wobei nach dem zweiten Schalter S2 ein Widerstand R1, insbesondere ein Vorwiderstand, angeordnet ist. Für ein Umschalten von im dargestellten Beispiel 12V auf 24V, d. h. während des Hochlaufvorgangs des Bordnetzes 1, werden die Bordnetzlasten, d. h. die Verbraucher V1, zunächst durch ein Öffnen der Schalter S1 und S2 vom Bordnetz, insbesondere vom Generator 3, getrennt und dann durch Schließen des zweiten Schalters S2 zunächst über den Widerstand R1 zugeschaltet. Danach werden die Bordnetzlasten, d. h. die Verbraucher V1, schließlich wieder direkt mit dem Bordnetz, insbesondere mit dem Generator 3, verbunden, durch Schließen des ersten Schalters S1. Dadurch wird verhindert, dass durch die Verbraucher V1 während des Hochlaufvorgangs des Bordnetzes 1 Spannungsschwankungen im Bordnetz 1 verursacht werden.
Bezugszeichenliste

1: Bordnetz
2: Verbrennungsmotor
3: Generator
4: sicherheitsrelevante Verbraucher
5: elektrische Lenkung
A: Anker
ASIC: Logikbaustein
B1: erste Batterie
B2: zweite Batterie
B3: dritte Batterie
B4: vierte Batterie
D: Diode
D1: erste Diode
D2: zweite Diode
D3: dritte Diode
D4: vierte Diode
FD: Freilaufdiode
FET: Leistungsschalter
GP: gestrichelter Pfeil
L_Anker: Induktivität Statorwicklungen Generator
L_Err: Erregerindiktivität
M1: Messpunkt 1
M2: Messpunkt 2
P: Pfeil
R_Anker: Widerstand Statorwicklungen Generator
R_Err: Erregerwiderstand
R1: Widerstand
S1: Halbleiterschalter 1
S2: Halbleiterschalter 2
TCM: Getriebesteuergerät
TCMC: Getriebesteuergerätkondensator
TCML: Getriebesteuergerätspule
TCMR: Getriebesteuergerätwiderstand
V1: Verbraucher, Ersatzschaltbild
V1C: Kondensator
V1L: Spule
V1R: Widerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014008516 A1 [0002]

Claims

Elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch zwei Batterien (B1, B2) mit gleicher elektrischer Nennspannung, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei zu jeder Batterie (B1, B2) jeweils eine Diode (D1, D2) derart elektrisch parallel geschaltet ist, dass bei einer Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) diese unterbrochene Batterie (B1, B2) über die zu ihr elektrisch parallel geschaltete Diode (D1, D2) überbrückt wird.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) die nicht unterbrochene Batterie (B2, B1) über die zur unterbrochenen Batterie (B1, B2) elektrisch parallel geschaltete Diode (D1, D2) mit einem Erregerkreis eines Generators (3) und mindestens einem elektrischen Verbraucher (V1) elektrisch verbunden ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) die nicht unterbrochene Batterie (B2, B1) über die zur unterbrochenen Batterie (B1, B2) elektrisch parallel geschaltete Diode (D1, D2) und eine weitere Diode (D4, D3) mit einem Erregerkreis eines Generators (3) elektrisch verbunden ist und eine elektrische Verbindung der nicht unterbrochenen Batterie (B2, B1) zu allen elektrischen Verbrauchern (V1) unterbrochen ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) die nicht unterbrochene Batterie (B2, B1) über die zur unterbrochenen Batterie (B1, B2) elektrisch parallel geschaltete Diode (D1, D2) und eine weitere Diode (D4, D3) mit mindestens einem sicherheitsrelevanten Verbraucher (4) elektrisch verbunden ist und eine elektrische Verbindung der nicht unterbrochenen Batterie (B2, B1) zu allen nicht sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern (V1) unterbrochen ist.
Elektrisches Bordnetz (1) nach 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer elektrischen Verbindung des Generators (3) zu den elektrischen Verbrauchern (V1) zwei Messpunkte (M1, M2) und zwischen den Messpunkten (M1, M2) eine elektrische Parallelschaltung angeordnet ist, wobei in einem Parallelschaltungszweig ein Schalter (S1) und im anderen Parallelschaltungszweig ein weiterer Schalter (S2) und ein Widerstand (R1) angeordnet sind.
Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auftreten der Unterbrechung einer der Batterien (B1, B2) die elektrische Verbindung des Generators (3) zu den elektrischen Verbrauchern (V1) durch Öffnen der beiden Schalter (S1, S2) unterbrechbar ist und dann, insbesondere während eines Hochlaufvorgangs des Bordnetzes (1), die elektrischen Verbraucher (V1) zunächst durch Schließen des weiteren Schalters (S2) über den Widerstand (R1) mit dem Generator (3) verbindbar sind und danach durch Schließen des anderen Schalters (S1) unter Umgehung des Widerstands (R1) mit dem Generator (3) verbindbar sind.