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Die Erfindung betrifft ein Bordnetz zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Versorgen von Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz.
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Stand der Technik
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Unter einem Bordnetz ist insbesondere im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, z. B. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 053 691 A1 beschreibt ein Bordnetz sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben des Bordnetzes. Das Bordnetz umfasst einen Gleichspannungswandler und einen Basisenergiespeicher, der mit dem Gleichspannungswandler gekoppelt ist. Das Bordnetz umfasst weiterhin eine erste Auswahl von zumindest einem ersten elektrischen Verbraucher, der elektrisch parallel mit dem Gleichspannungswandler koppelbar ist, und eine zweite Auswahl von zumindest einem elektrischen Verbraucher, der elektrisch parallel mit dem Basisenergiespeicher koppelbar ist.
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Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von Aggregaten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug stetig steigt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei einem hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zulässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch eingeschränkt vorhanden. Daher besitzt bei einem hochautomatischen bzw. vollautomatisierten oder autonomen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher in Kraftfahrzeugen nicht gekannte Sicherheitsrelevanz. Fehler im elektrischen Bordnetz müssen daher zuverlässig und möglichst vollständig erkannt werden.
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Zukünftige hoch- und vollautomatische Fahrfunktionen erhöhen die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung signifikant. Ein fehlertolerantes elektrisches Bordnetz ist eine wesentliche Voraussetzung für die Einführung dieser Systeme. Mit der Einführung von hochautomatischen Fahrfunktionen werden sich die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung noch weiter verschärfen. Heutige Fahrzeuge besitzen eine steuerungs- bzw. regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer. Da jedoch beim hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten des Fahrers erlaubt sind, entfällt diese fahrerbasierte Rückfallebene. Daher besitzt bei hochautomatischem Fahren die elektrische Versorgung eine bisher im Kraftfahrzeug nicht gekannte Sicherheitsrelevanz. Ein hochzuverlässiges, fehlertolerantes elektrisches Bordnetz ist daher eine wichtige Voraussetzung für die Einführung dieser Systeme.
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Die Fehlertoleranz eines Bordnetzes wird durch die Topologie, Betriebsstrategie und Auswahl der entsprechenden Komponenten bestimmt. Daher spielt das Koppelelement eine entscheidende Rolle. Dafür gibt es folgende Faktoren für das Koppelelement:
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Einerseits erfordert ein autonomes Fahren höhere Sicherheitsanforderungen für die Energieversorgung im Bordnetz. Dafür müssen Teilnetzte richtig gekoppelt werden. Andererseits ist die Norm ECE R13 zu berücksichtigen.
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ECE R13-H, Abschnitt 5.2.2.8:
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„Entsteht die Betriebsbremskraft und erfolgt ihre Übertragung ausschließlich durch einen vom Fahrzeugführer gesteuerten Energievorrat, so müssen mindestens zwei voneinander völlig unabhängige Energiespeicher mit je einer eigenen, ebenfalls unabhängigen Übertragungseinrichtung vorhanden sein, jeder Vorrat darf auf die Bremsen von nur zwei oder mehr Rädern wirken, die so gewählt sind, dass sie allein die vorgeschriebene Wirkung der Hilfsbremse gewährleisten, ohne dass die Stabilität des Fahrzeugs während des Bremsens beeinträchtigt wird, jeder Energievorrat muss außerdem mit einer Warneinrichtung nach Absatz 5.2.14 ausgerüstet sein.“
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ECE R13-H, Abschnitt 5.2.4:
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„Wird eine andere Energieform als die Muskelarbeit des Fahrzeugführers verwendet, so genügt eine einzige Energiequelle (Hydraulikpumpe, Kompressor usw.), doch muss die Art des Antriebs dieser Energiequelle so sicher wie möglich sein.“
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Begriffserklärung: ECE R13-H, Abschnitt 2.5.:
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„Übertragungseinrichtung“ ist die Gesamtheit der Bauteile, die zwischen der Betätigungseinrichtung und der Bremse angeordnet sind und diese in funktioneller Weise miteinander verbindet. Die Übertragungseinrichtung kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder kombiniert sein. Wird die Bremskraft von einer Energiequelle erzeugt oder von ihr unterstützt, die unabhängig vom Fahrzeugführer ist, so ist der Energievorratsbehälter des Systems ebenfalls ein Teil der Übertragungseinrichtung.
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Entsprechend der Norm ECE R13-H ist für Bremsanlagen im Kraftfahrzeug für fremdkraftbetätigte Bremsen eine zweikanalige Energieübertragung mit zwei unabhängigen Energiespeichern vorgeschrieben. Für ein hochautomatisches Fahren ist daher eine zweikanalige „Brake-by-Wire“ Bremse notwendig.
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Aus diesen Gründen wurde das vorhandene Basis-Bordnetz erweitert, so dass ein zweikanaliges Bordnetz entsteht. Ein zweikanaliges Bordnetz nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Bordnetz gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Bordnetz kommt in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, das wiederum für einen autonomen Betrieb eingerichtet ist. In dem Bordnetz ist eine Anzahl an Verbrauchern vorgesehen, die in diesem Bordnetz mit elektrischer Energie zu versorgen sind, um einen sicheren und komfortablen Betrieb zu ermöglichen. Einige dieser Verbraucher sind als sicherheitsrelevant eingestuft, d. h. an deren Betriebssicherheit sind besondere Anforderungen gestellt.
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Sicherheitsrelevante Verbraucher sind bspw. die Bremse, die Lenkung, das ABS-System usw. Um einen ausfallsicheren Betrieb dieser Verbraucher zu gewährleisten, können diese redundant vorgesehen sein. Fällt ein sicherheitsrelevanter Verbraucher aus, so kann der redundant zu diesem vorgesehene Verbraucher die Funktion sicherstellen.
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Die Verbraucher sind in Zonen aufgeteilt, wobei die Zonen in einer ringförmigen Anordnung miteinander verbunden sind. Das vorgestellte Bordnetz weist somit eine sogenannte Ringtopologie auf. Die Aufteilung bzw. Zuteilung der Verbraucher kann nach unterschiedlichen Kriterien, wie bspw. Funktion, Ort des Verbrauchers im Kraftfahrzeug, Zuordnung nach sicherheitsrelevant und nicht sicherheitsrelevant - dies betrifft Komfortfunktionen - erfolgen. Hierzu wird nachfolgend noch näher eingegangen. So kann auch vorgesehen sein, dass zueinander redundante Verbraucher in unterschiedlichen Zonen angeordnet sind.
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Das beschriebene Bordnetz weist einen ersten Energiespeicher, der dazu eingerichtet ist, die Verbraucher zu versorgen, und einen zweiten Energiespeicher, der über eine Schalteinrichtung so zu schalten ist, dass der mindestens eine sicherheitsrelevante Verbraucher zu versorgen ist, auf.
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Das Bordnetz realisiert eine zonen-orientierte Ring-Bordnetz-Topologie zur Kopplung und Entkopplung der Kanäle. Dieses stellt eine Weiterentwicklung eines HV/14 V, 14 V/14 V oder 48 V/14 V Bordnetzes dar, wie es von Automobilherstellern für einen Einsatz beim hochautomatischen Fahren geplant wird. Die vorgestellte neue Topologie basiert dabei in Ausgestaltung auf einen sogenannten zonen-orientierten Ring-Topologie, die für 14 V/14 V, 48 V/14 V oder HV/14 V einsetzbar ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für ein Bordnetz, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- 2 zeigt ein Ring-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik.
- 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ring-Bordnetz nach dem Stand der Technik zur Verdeutlichung einer zonen-orientierten Ring-Bordnetztopologie.
- 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausführung des vorgestellten Bordnetzes.
- 5 zeigt in einem Blockschaltbild eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes.
- 6 zeigt in einem Blockschaltbild noch eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes.
- 7 zeigt in einem Blockschaltbild eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes.
- 8 zeigt in einem Blockschaltbild noch eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Das in 1 schematisch dargestellte erste Beispiel des Bordnetzes 2, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfasst ein erstes Teilbordnetz bzw. ein Basisbordnetz 4 und ein zweites Teilbordnetz 6, wobei das Basisbordnetz 4 eine erste hohe Bordnetzspannung von 48 V und eine Spannung von 14 V aufweist. Das zweite Teilbordnetz 6 weist Bordnetzspannung von 14 V auf.
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Das Basisbordnetz 4 umfasst als Komponenten einen Gleichspannungswandler 8, eine elektrische Maschine 10, mindestens einen nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 sowie eine hier als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 14, die eine Spannung von 48 V bereitstellt. Weiterhin umfasst es einen ersten intelligenten Schalter 16 (ePDU: electronic power distribution unit) und mindestens einen daran angeschlossenen nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher 18 und eine weitere elektrische Energiequelle 20, die hier als Batterie ausgebildet ist, die eine Spannung von 14 V bereitstellt.
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Das zweite Teilbordnetz 6 umfasst einen ersten Kanal 22, der über einen Gleichspannungswandler 24 (14 V/14 V) an dem Basisbordnetz 4 angeschlossen ist, eine als Batterie ausgebildete elektrische Energiequelle 26, einen als Booster ausgebildeten sicherheitsrelevanten Verbraucher 28 als Komponente einer Bremseinrichtung und einen elektrischen Schalter 30 (ePDU). Über diesen Schalter 30 ist der erste Kanal 22 mit zwei weiteren Verbrauchern 40, 42 zu verbinden. Ein zweiter Kanal 32 des zweiten Teilbordnetzes 6 umfasst einen ersten sicherheitsrelevanten Verbraucher 34 (ESP) als Komponente der Bremseinrichtung und einen zweiten sicherheitsrelevanten Verbraucher 36 als Komponente der Lenkeinrichtung sowie einen weiteren sicherheitsrelevanten Verbraucher 29 ebenfalls als Komponente der Lenkeinrichtung. Die Verbraucher 36 und 29 sind redundant zueinander. Außerdem umfasst der zweite Kanal 32 einen elektrischen Schalter 38 (ePDU), über den der zweite Kanal 32 ebenfalls mit den beiden Verbrauchern 40, 42 zu verbinden ist, die hier als Sensoren ausgebildet sind. Somit sind diese beiden Verbraucher 40, 42 über die jeweiligen elektrischen Schalter 30, 38 mit mindestens einem der beiden Kanäle 22, 32 zu verbinden.
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Das Basisbordnetz 4, das auch als Basic-Powernet bezeichnet wird, umfasst somit ein Hochvolt-Netz, in diesem Fall von 48 V, und ein 14 V-Netz, die durch den Gleichspannungswandler 8 gekoppelt sind. Im Basisbordnetz 4 sind zwei Batterien enthalten, einmal eine Hochvolt-Batterie 14 sowie eine 14 V-Batterie 20. An das 14 V-Teilnetz des Basisbordnetzes 4 angekoppelt ist der sicherheitsrelevante zweite Kanal 32 mit sicherheitsrelevanten redundanten Verbrauchern, wie Bremse ESP 34 und Lenkung EPS1 36.
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Die sicherheitsrelevanten redundanten Komponenten des ersten Kanals 22, der mit Hilfe des Gleichspannungswandlers 24 an 14 V angekoppelt ist, sind der Verbraucher iBooster 28 und Lenkung ESP 2 29. Der Verbraucher 40 ist wahlweise von dem ersten Kanal 22 oder dem zweiten Kanal 32 zu versorgen.
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Ein klassisches Basisbordnetz besteht aus nur einem Teilnetz. Alle Verbraucher wurden an diesem Teilnetz mit einem Gleichspannungswandler angeschlossen. Dabei ist nur ein Teilnetz für alle 14 V-Verbraucher vorgesehen. Zudem muss ein Teilnetz die Vielfalt der Anforderungen aller 14 V-Verbraucher erfüllen
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Zu beachten ist, dass die Anforderungen an das Bordnetz immer weiter steigen. Daher ist es schwierig, mit bisherigen konventionellen Bordnetz-Strukturen diese Anforderungen zu realisieren. ein Bordnetz mit Ringtopologie nach dem Stand der Technik ist in 2 wiedergegeben.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einem Ring-Bordnetz 102, das ein Basisbordnetz 104 und eine ringförmige Anordnung 106 umfasst. In dem Basisbordnetz 104 sind ein Gleichspannungswandler 110, eine Vorsicherung 112 eine Batterie 114 mit 48 V, ein weiterer Gleichspannungswandler 116 und eine Maschine 118 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 106 sind ein erstes SJB 120, ein zweites SJB 122, ein drittes SJB 124 und ein viertes SJB 126 vorgesehen. Es ist weiterhin ein erste Domain-Steuerung 130, eine zweite Domain-Steuerung 132, eine dritte Domain-Steuerung 134 mit elektrischer Maschine und eine vierte Domain-Steuerung 136 vorgesehen. Weiterhin zeigt die Darstellung einen Verbraucher 140 für ein Solardach, ein Sensor-Cluster 142, eine 12 V Sicherung und eine 12 V Batterie 150, die dem zweiten SJB 122 zugeordnet ist.
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Zu beachten ist, dass das Ring-Bordnetz 102 gemäß 2 bei autonomem Fahren nicht eingesetzt werden kann, da keine redundante Versorgung der Verbraucher vorgesehen ist. Zudem sind die ECE-R13 Anforderungen nicht erfüllt. Dies bedeutet, dass keine Unabhängigkeit gegeben ist.
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Entsteht die Betriebsbremskraft und erfolgt ihre Übertragung ausschließlich durch einen vom Fahrzeugführer gesteuerten Energievorrat, müssen mindestens zwei voneinander völlig unabhängige Energiespeicher mit je einer eigenen, ebenfalls unabhängigen Übertragungseinrichtung vorhanden sein. „Sie haben eine einzige Übertragungsrichtung“
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Die hierin vorgestellte zonen-orientierte Ring-Topologie besteht aus unterschiedlichen Zonen. Diese sind bspw.:
- Zone 1: Dauerverbraucher bei abgestelltem Fahrzeug, z. B.
- Rx: Body-Computer,
- RN: Parklicht oder Warnblinker
- Zone 2: Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf oder geringem Stromgradient z. B.
- Rx: Steuergeräte,
- RN: Innenraumgebläse oder Licht, Sitzheizung, Motorlüfter
- Zone 3: Verbraucher mit hoher transienter Spitzenleistung und geringer mittleren Leistung, z. B.
- RX: el. Lenkung,
- RN: ESP Pumpenmotor
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Mit diesem Konzept der zonen-orientierte Ring-Topologie kann sowohl der Gleichspannungswandler als Koppelelement als auch die Batterie als Energiespeicher optimal ausgewählt werden.
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3 zeigt eine zonen-orientierte Ring-Bordnetz-Topologie zur Kopplung und Entkopplung der Kanäle gemäß dem Stand der Technik. Die Darstellung zeigt ein Bordnetz 200 mit einem Basisbordnetz 202 und einer ringförmigen Anordnung 204. In dem Basisbordnetz 202 sind ein Generator 210, eine Batterie 212 und ein Gleichspannungswandler 214 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 204 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 204 sind eine erste Zone 220 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 222 und Rn 224 dargestellt sind, eine zweite Zone 230 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 232 und Rn 234 dargestellt sind, eine dritte Zone 240 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 242 und Rn 244 dargestellt sind, und eine vierte Zone 250 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 252 und Rn 254 dargestellt sind, vorgesehen.
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Das vorgestellte Bordnetz stellt nunmehr eine Weiterentwicklung des in 3 gezeigten Bordnetzes dar. Damit stellt es eine Weiterentwicklung eines HV/14 V, 14 V/14 V oder 48 V/14 V Bordnetzes dar, wie es von Automobilherstellern für hochautomatisches Fahren geplant wird. Die neue Topologie basiert auf der tonen-Orientierte Ring-Topologie. Diese Topologie ist einsetzbar für 14 V/14 V, 48 V/14 V oder HV/14 V.
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4 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 300 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Bordnetz 300 mit einem Basisbordnetz 302 und einer ringförmigen Anordnung 304. In dem Basisbordnetz 302 sind ein Generator 310, eine Batterie 312 und ein Gleichspannungswandler 314 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 304 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 304 sind eine erste Zone 320 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 322 und Rn 324 dargestellt sind, eine zweite Zone 330 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 332 und Rn 334 dargestellt sind, eine dritte Zone 340 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 342 und Rn 344 dargestellt sind, und eine vierte Zone 350 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 352 und Rn 354 dargestellt sind, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Batterie 360, die bspw. zum Bereitstellen einer Spitzenleistung vorgesehen ist, und eine Schalteinrichtung 362, in diesem Fall ein Schalter.
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Um eine redundante Versorgung gemäß ECE_R13 zu realisieren, wurde somit die zentrale Batterie 360 aufgebaut. Mit der Schalteinrichtung 362, die auch als intelligenter Schalter (ePDU) oder Gleichspannungswandler aufgebaut sein kann, kann die zentrale Batterie 360 an entsprechende Zonen gekoppelt oder von diesen entkoppelt werden.
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Um die unterschiedlichen Zonen miteinander zu koppeln oder voneinander zu entkoppeln, kann ein Schalter (T1.....TN) oder ein Gleichspannungswandler eingesetzt werden.. Somit können im Fehlerfall Zonen oder Verbraucher getrennt werden. Es wird hierzu auf 5 verwiesen.
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5 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 400 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Bordnetz 400 mit einem Basisbordnetz 402 und einer ringförmigen Anordnung 404. In dem Basisbordnetz 402 sind ein Generator 410, eine Batterie 412 und ein Gleichspannungswandler 414 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 404 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 404 sind eine erste Zone 420 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 422 und Rn 424 dargestellt sind, eine zweite Zone 430 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 432 und Rn 434 dargestellt sind, eine dritte Zone 440 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 442 und Rn 444 dargestellt sind, und eine vierte Zone 450 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 452 und Rn 454 dargestellt sind, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Batterie 460, die bspw. zum Bereitstellen einer Spitzenleistung vorgesehen ist, und eine Schalteinrichtung 462, in diesem Fall ein Schalter. Weiterhin sind ein erster Schalter T1 470, ein zweiter Schalter T2 472 und ein dritter Schalter T3 474 vorgesehen. Mit diesen Schaltern 470, 472, 474 können einzelne Zonen gekoppelt und entkoppelt werden.
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6 zeigt eine Ausführung des vorgestellten Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 500 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Bordnetz 500 mit einem Basisbordnetz 502 und einer ringförmigen Anordnung 504. In dem Basisbordnetz 502 sind ein Generator 510, eine Batterie 512, ein Verbraucher 513 und ein Gleichspannungswandler 514 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 504 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 504 sind eine erste Zone 520 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 522 und Rn 524 dargestellt sind, eine zweite Zone 530 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 532 und Rn 534 dargestellt sind, eine dritte Zone 540 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 542 und Rn 544 dargestellt sind, und eine vierte Zone 550 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 552 und Rn 554 dargestellt sind, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Batterie 560, die bspw. zum Bereitstellen einer Spitzenleistung vorgesehen ist, und eine Schalteinrichtung 562, in diesem Fall ein intelligenter Schalter (ePDU). Ein weiterer Schalter 580 in der zweiten Zone 530, der bspw. ebenfalls als intelligenter Schalter aufgebaut ist, ermöglicht ein Umschalten zwischen den der zweiten Zone 530 zugeordneten Verbrauchern.
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Somit können den Zonen 520, 530, 540, 550 die Verbraucher Rx, RN,... durch einen intelligenten Schalter für entsprechende Verbraucher Peak-Leistung bereitgestellt oder getrennt werden. Die Verbraucher können dabei zum einen über eine Hauptleitung 590 versorgt werden, zum anderen können sie durch die zentrale Batterie 560 redundant versorgt werden.
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Eine Zusatzleitung 592, die die zweite Versorgung ermöglicht, muss nicht mit allen Zonen verbunden werden sondern bei Bedarf, z. B. mit den sicherheitsrelevanten Verbrauchern. Erfolgt die Versorgung der Verbraucher über einen intelligenten Schalter (ePDU) kann eine bessere Diagnose sowie Kopplung und Entkopplung der Verbraucher erreicht werden.
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7 zeigt eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 600 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Bordnetz 600 mit einem Basisbordnetz 602, das für Niedervolt, bspw. 14 V, ausgelegt ist, und einer ringförmigen Anordnung 604. In dem Basisbordnetz 602 sind ein Generator 610, eine Batterie 612 und ein Gleichspannungswandler 614 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 604 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 604 sind eine erste Zone 620 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 622 und Rn 624 dargestellt sind, eine zweite Zone 630 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 632 und Rn 634 dargestellt sind, eine dritte Zone 640 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 642 und Rn 644 dargestellt sind, und eine vierte Zone 650 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 652 und Rn 654 dargestellt sind, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Batterie 660, die bspw. zum Bereitstellen einer Spitzenleistung vorgesehen ist, und eine Schalteinrichtung 662, in diesem Fall ein Schalter. Weiterhin sind ein erster Schalter T1 670, ein zweiter Schalter T2 672 und ein dritter Schalter T3 674 vorgesehen. Mit diesen Schaltern 670, 672, 674 können einzelne Zonen gekoppelt und entkoppelt werden. In der zweiten Zone 630 ist ein intelligenter Schalter 680 vorgesehen.
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8 zeigt noch eine weitere Ausführung des vorgestellten Bordnetzes, das insgesamt mit der Bezugsziffer 700 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt das Bordnetz 700 mit einem Basisbordnetz 702, das für Hochvolt, bspw. 48 V, ausgelegt ist, und einer ringförmigen Anordnung 704. In dem Basisbordnetz 702 sind ein Generator 710, eine Batterie 712, ein Verbraucher 713 und ein Gleichspannungswandler 714 als Koppelelement zur ringförmigen Anordnung 704 vorgesehen.
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In der ringförmigen Anordnung 704 sind eine erste Zone 720 für sicherheitsrelevante Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 722 und Rn 724 dargestellt sind, eine zweite Zone 730 für Komfort-Verbraucher, von denen Verbraucher Rx 732 und Rn 734 dargestellt sind, eine dritte Zone 740 für Dauerverbraucher, von denen Verbraucher Rx 742 und Rn 744 dargestellt sind, und eine vierte Zone 750 für Verbraucher mit konstantem Leistungsbedarf, von denen Verbraucher Rx 752 und Rn 754 dargestellt sind, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine zentrale Batterie 760, die bspw. zum Bereitstellen einer Spitzenleistung vorgesehen ist, und eine Schalteinrichtung 762, in diesem Fall ein Schalter. Weiterhin sind ein erster Schalter T1 770, ein zweiter Schalter T2 772 und ein dritter Schalter T3 774 vorgesehen. Mit diesen Schaltern 770, 772, 774 können einzelne Zonen gekoppelt und entkoppelt werden. In der zweiten Zone 730 ist ein intelligenter Schalter 780 vorgesehen.
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Die beschriebenen Bordnetze erfüllen die ECE-R13 Anforderungen für zonen-orientierte Ring-Bordnetz-Topologien. Dies bedeutet Unabhängigkeit: Entsteht die Betriebsbremskraft und erfolgt ihre Übertragung ausschließlich durch einen vom Fahrzeugführer gesteuerten Energievorrat, so müssen mindestens zwei voneinander völlig unabhängige Energiespeicher mit je einer eigenen, ebenfalls unabhängigen Übertragungseinrichtung vorhanden sein. Dies bedeutet, es gibt mehre unabhängige Übertragungsrichtungen.
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Das vorgestellte Bordnetz hat, zumindest in einigen der Ausführungen eine Reihe von Vorteilen. So ist eine redundante Versorgung der sicherheitskritischen Verbraucher sichergestellt, wobei gleichzeitig die Norm ECE-R13 erfüllt wird. Weiterhin ermöglicht dieses eine optimale Kombinatorik mit E/E- Architekturen und dem Energiebordnetz. Zudem kann das Gewicht reduziert werden. Der Bordnetz-Baukasten ist einfach auf neue Anforderungen adaptierbar. Die hohe Variabilität der Bordnetzanforderungen bleibt beherrschbar.
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Das Bordnetz ermöglicht die Zuordnung der Verbraucher zu Teilnetzen mit unterschiedlichen Ansätzen, z. B. einem anforderungsorientierten Ansatz, einem zonen-orientierten Ansatz, einem domänen-orientierter Ansatz usw. Darüber hinaus kann eine hohe Zuverlässigkeit und Diagnostizierbarkeit des Gesamtbordnetzes erreicht werden. Hinsichtlich Kosten und Nutzen kann eine optimale Auswahl von Komponenten, wie bspw. von Gleichspannungswandlern und Speichern, erfolgen. OEM-Anforderungen können erfüllt werden Die Kabellänge kann reduziert werden. Zudem wird der Aufwand bei der Fehlersuche verringert. Das vorgestellte Bordnetz weist eine optimale Topologie für unterschiedliche Betriebsstrategien auf. Zudem wird eine optimale Auswahl der Komponenten, wie bspw. von Gleichspannungswandlern und Batterien, unterstützt. Schließlich wird auch die Fahrzeugintegration, insbesondere von neuen Verbrauchern, erleichtert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053691 A1 [0003]
