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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kaltstart und/oder zum Boostbetrieb eines Fahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Bordnetz eines Fahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, mit einer genannten Vorrichtung.
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Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
- Fahrzeuge, insb. mit elektrischem bzw. teilweise elektrischem Antrieb, wie z. B. Hybridelektro-, Plug-in-Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, sind in der Regel mit einem Bordnetz mit mindestens zwei Bordnetzzweigen mit unterschiedlichen Spannungslagen ausgerüstet. Ein Bordnetzzweig mit einer höheren Spannungslage, wie z. B. im Bereich von 48 Volt bis 450 Volt, dient dabei der Versorgung leistungsstarker elektrischer Verbraucher, insb. der elektrischen Traktion bzw. der elektrischen Unterstützung der verbrennungsmotorischen Traktion. Ein weiterer Bordnetzzweig mit einer weiteren, niedrigeren Spannungslage, wie z. B. im Bereich von ca. 12 Volt (bei Personenkraftfahrzeugen) oder ca. 24 Volt (bei Lastkraftfahrzeugen), dient der Versorgung sonstiger, in der Regel sensitiver und zum Teil sicherheitsrelevanter elektrischer Verbraucher, wie z. B. eines Fahrerassistenzsystems oder eines elektrischen Bremssystems.
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Dabei sind die beiden Bordnetzzweige mit ihren unterschiedlichen Spannungslagen in der Regel mittels Gleichspannungswandler miteinander elektrisch gekoppelt, sodass bei Bedarf elektrische Energie bzw. Strom zwischen den Bordnetzzweigen transferiert werden kann.
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Bei den Fahrzeugen besteht die allgemeine Anforderung, die Funktionalität der elektrischen Verbraucher, insb. der sicherheitsrelevanten Verbraucher, sicherzustellen. Zur Erfüllung dieser Anforderung muss in erster Linie eine ausreichende Energie- bzw. Stromversorgung für diese Verbraucher garantiert werden.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Stromverbraucher eines Bordnetzes eines Fahrzeugs zuverlässig mit Strom in der ausreichenden Spannungshöhe und Leistung versorgt werden können.
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Beschreibung der Erfindung:
- Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kaltstart und/oder zum Boostbetrieb eines Fahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.
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Die Vorrichtung umfasst zwei Eingangsstromanschlüsse zum Anschließen der Vorrichtung an eine Stromquelle des Fahrzeugs, welche zum Bereitstellen elektrischen Stromes für Stromverbraucher im Fahrzeug vorgesehen ist und bspw. in einem ersten Bordnetzzweig eines Bordnetzes des Fahrzeugs mit einer ersten Spannungslage angeordnet ist.
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Die Vorrichtung umfasst ferner zwei Ausgangsstromanschlüsse zum Anschließen der Vorrichtung an die Stromverbraucher des Fahrzeugs, wie z. B. Sensoren oder sonstige elektrische Komponenten eines Fahrerassistenzsystems, elektrische Aktuatoren oder sonstige elektrische Komponenten eines Bremssystems, welche bspw. in einem zweiten Bordnetzzweig des Bordnetzes mit einer zweiten, von der ersten Spannungslage abweichenden Spannungslage angeordnet sind.
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Die Vorrichtung umfasst ferne einen primären (uni-/bidirektionalen) Gleichspannungswandler, welcher zwischen den Eingangsstromanschlüssen einerseits und den Ausgangsstromanschlüssen andererseits elektrisch angeschlossen ist. Der primäre Gleichspannungswandler ist eingerichtet, eine zwischen den Eingangsstromanschlüssen anliegende Eingangsspannung, bspw. eine erste Bordnetzspannung des ersten Bordnetzzweigs, in eine Ausgangsspannung, bspw. eine zweite Bordnetzspannung des zweiten Bordnetzzweigs, und/oder umgekehrt umzuwandeln und somit die Stromverbraucher mit dem Strom der Stromquelle zu versorgen.
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Die Vorrichtung umfasst ferne einen redundanten (uni-/bidirektionalen) Gleichspannungswandler, welcher zwischen den Eingangsstromanschlüssen einerseits und den Ausgangsstromanschlüssen andererseits, und parallel zu dem primären Gleichspannungswandler elektrisch angeschlossen ist. Der redundante Gleichspannungswandler ist eingerichtet, bei Bedarf unabhängig von dem primären Gleichspannungswandler die Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder umgekehrt umzuwandeln und somit (insb. zusätzlich zu dem primären Gleichspannungswandler) die Stromverbraucher mit dem Strom der Stromquelle zu versorgen.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuer/-Regeleinheit zum Steuern/Regeln (bzw. zum Betreiben) des primären und des redundanten Gleichspannungswandlers. Die Steuer/-Regeleinheit ist signalausgangsseitig mit jeweils einem Steuersignaleingang des primären bzw. des redundanten Gleichspannungswandlers signaltechnisch verbunden.
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Die Steuer/-Regeleinheit ist ferner eingerichtet, im Falle eines Kaltstarts und/oder eines Boostbetriebs den primären und den redundanten Gleichspannungswandler derart zu steuern bzw. zu regeln, dass die beiden Gleichspannungswandler zeitgleich und unabhängig voneinander jeweils eine primäre und eine redundante Ausgangsspannung mit einer und derselben vorgegebenen Sollspannungshöhe generieren. Dadurch kann die Vorrichtung bei Kaltstarts und/oder Boostbetrieben des Fahrzeugs insgesamt mehr Leistung, insb. im Falle einer gleichen Dimensionierung der Leistungsabgaben die doppelte Leistung der einzelnen Gleichspannungswandler, für die Stromverbraucher bereitstellen.
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Außerdem ist die Steuer/-Regeleinheit eingerichtet, im Falle einer Störung bei dem primären Gleichspannungswandler den redundanten Gleichspannungswandler derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der redundante Gleichspannungswandler die redundante Ausgangsspannung mit der genannten Sollspannungshöhe generiert.
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Darüber hinaus ist die Steuer/-Regeleinheit bspw. eingerichtet, in einem Normalbetriebszustand des Fahrzeugs, in dem weder ein Kaltstart, noch ein Boostbetrieb des Fahrzeugs stattfindet, und zugleich in einem störungsfreien Zustand bei dem primären Gleichspannungswandler, den primären Gleichspannungswandler derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der primäre Gleichspannungswandler die primäre Ausgangsspannung mit der genannten Sollspannungshöhe generiert. Den redundanten Gleichspannungswandler schaltet die Steuer/-Regeleinheit in diesem Fall bspw. aus oder regelt diesen ab, sodass die Stromversorgung für die Stromverbraucher über die Vorrichtung allein durch den primären Gleichspannungswandler erfolgt. Der primäre Gleichspannungswandler und der redundante Gleichspannungswandler können unterschiedliche Wandler-Phasen einer mehrphasigen Gleichspannungswandler-Schaltung sein.
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Die Stromquelle, an die die Vorrichtung über zwei Eingangsanschlüsse angeschlossen ist, kann bspw. eine 48 Volt Batterie sein, welche bspw. zur Speicherung rekuperierter Bremsenergie eingerichtet ist. In diesem Fall kann die rekuperierte Bremsenergie in der als 48 Volt Batterie ausgebildeten Stromquelle zwischengespeichert und zum Teil über den primären Gleichspannungswandler in den zweiten (12 Volt oder 24 Volt) Bordnetzzweig transferiert und von dort den sensitiven Stromverbrauchern zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann für den zweiten Bordnetzzweig eine eigene Erzeugung elektrischer Energie mittels bspw. eines 12V bzw. 24 Volt Generators entfallen.
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Der primäre und der redundante Gleichspannungswandler bilden dabei zwei funktionell voneinander eigenständigen Gleichspannungswandlereinheiten aus, welche in einem Normalbetrieb des Fahrzeugs mit ihren jeweiligen Ausgangsleistungen voneinander unabhängig den Leistungsbedarf der Stromverbraucher decken können. Die beiden Gleichspannungswandler sind zusammen auch in der Lage, den Leistungsbedarf der Stromverbraucher während eines Kaltstarts oder einen Boostbetriebs des Fahrzeugs zu decken.
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Das Signal, das einen Kaltstart und/oder einen Boostbetrieb des Fahrzeugs signalisiert, erhält die Steuer/-Regeleinheit bspw. über eine Signalverbindung mit einem Bussystem des Fahrzeugs, über welches der Betrieb des Fahrzeugs gesteuert und geregelt wird.
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Die zuverlässige elektrische Versorgung der Stromverbraucher mit Strom von der Stromquelle wird mittels der oben beschriebenen Vorrichtung wie nachfolgend beschrieben sichergestellt:
- In einem Normalbetrieb des Fahrzeugs und zugleich in einem störungsfreien Zustand des primären Gleichspannungswandlers werden die Stromverbraucher vorrangig, bzw. ausschließlich, durch den primären Gleichspannungswandler mit Strom von der Stromquelle versorgt, wobei die Steuerung bzw. Regelung des primären Gleichspannungswandlers durch die Steuer/-Regeleinheit derart erfolgt, dass die Ausgangsspannung des primären Gleichspannungswandlers auf die vorgegebene, für den störungsfreien Betrieb der Stromverbraucher erforderliche Sollspannungshöhe geregelt wird und die Ausgangsleistung des primären Gleichspannungswandlers auch den gesamten Leistungsbedarf der Stromverbraucher abdeckt.
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Treten bei dem primären Gleichspannungswandler Störungen auf, sodass dieser nicht in der Lage ist, die erforderliche Ausgangsspannung (in der vorgegebenen Sollspannungshöhe) und somit die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern, so steuert und regelt die Steuer/-Regeleinheit den redundanten Gleichspannungswandler derart, dass dieser anstelle des „defekten“ primären Gleichspannungswandlers die erforderliche Ausgangsspannung in der vorgegebenen Sollspannungshöhe und somit auch die erforderliche Ausgangsleistung liefert.
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Geht das Fahrzeug in einen Betriebszustand „Kaltstart“ oder „Boostbetrieb“ über, in dem von den Stromverbrauchern mehr Strom bzw. mehr Leistung verbraucht wird, steuert und regelt die Steuer-/Regeleinheit die beiden Gleichspannungswandler derart, dass diese zeitgleich und unabhängig voneinander jeweils eine Ausgangsspannung in der vorgegebenen Sollspannungshöhe mit entsprechender Ausgangsleistung generiert. In Summe erzeugt die Vorrichtung somit eine Gesamtausgangsleistung, welche höher als die Ausgangsleitung der einzelnen Gleichspannungswandlers ist und den gesamten Leistungsbedarf der Stromverbraucher abdeckt.
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Damit dient der redundante Gleichspannungswandler zusätzlich zur Absicherung der Stromversorgung für die Stromverbraucher im Falle einer Störung bei dem primären Gleichspannungswandler noch zur Erhöhung der Gesamtausgangsleistung der Vorrichtung im Falle eines Kaltstartes oder eines Boostbetriebs des Fahrzeugs. Damit stellt der redundante Gleichspannungswandler eine zuverlässige Stromversorgung für die Stromverbraucher sicher.
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Im Normalbetrieb des Fahrzeugs mit dem störungsfreien primären Gleichspannungswandler wird der redundante Gleichspannungswandler bspw. abgeschaltet oder abgeregelt und insb. auch von der der Stromquelle und den Stromverbrauchern elektrisch getrennt.
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Mit dem redundanten Gleichspannungswandler erfüllt die Vorrichtung den erhöhten Leistungsbedarf der Stromverbraucher während der Kaltstart- und Boostbetrieb-Phasen des Fahrzeugs. Dadurch ist nicht erforderlich, einen überdimensionierten Gleichspannungswandler bereitzustellen, um lediglich den nur während der Kaltstart- und Boostbetrieb-Phasen eintretenden erhöhten Leistungsbedarf gerecht zu werden. Der redundante Gleichspannungswandler kann im Normalbetrieb des Fahrzeugs abgeschaltet bzw. abgeregelt werden, sofern der primäre Gleichspannungswandler störungsfrei arbeitet. Bei einer Störung bei dem primären Gleichspannungswandler kann der redundante Gleichspannungswandler die Funktion des primären Gleichspannungswandlers übernehmen und somit die Stromversorgung zuverlässig aufrechterhalten.
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Mit dem redundanten Gleichspannungswandler kann die Vorrichtung somit die Boostfunktion (Kaltstarts und Boostbetriebe) des Fahrzeugs, welche lediglich einen geringen Anteil der gesamten Betriebszeit des Fahrzeugs einnimmt, ohne eine sonst notwendige Überdimensionierung des primären Gleichspannungswandlers ausführen, wobei der redundante Gleichspannungswandler die für die Boostfunktion zusätzlich erforderliche Leistung bereitstellt. Darüber hinaus kann die Vorrichtung mit dem redundanten Gleichspannungswandler ohne weiteres die Funktions- bzw. Betriebssicherheit des Fahrzeugs auch im Falle einer Störung bei dem primären Gleichspannungswandler sicherstellen.
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Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der die Stromverbraucher eines Bordnetzes eines Fahrzeugs in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs zuverlässig mit Strom in der ausreichenden Spannungshöhe und Leistung versorgt werden können.
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Dank der reduzierten Dimensionierung des primären Gleichspannungswandlers kann die Vorrichtung trotz des redundanten Gleichspannungswandlers in einem geringeren Bauraumbedarf kostengünstig hergestellt werden.
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Bspw. umfasst die Vorrichtung ferner eine Messeinheit, welche signalausgangsseitig mit einem Signaleingang der Steuer/-Regeleinheit signaltechnisch verbunden ist und eingerichtet ist, (indirekt) die primäre Ausgangsspannung des primären Gleichspannungswandlers zu erfassen und mit einer Referenzspannung zu vergleichen. Die Messeinheit ist ferner eingerichtet, im Falle, dass die erfasste primäre Ausgangsspannung die Referenzspannung unterschreitet, ein Fehlersignal zu generieren und an die Steuer/-Regeleinheit abzugeben. Die Steuer/-Regeleinheit ist wiederum ferner eingerichtet, im Falle, dass das Fehlersignal erhalten wird, den redundanten Gleichspannungswandler derart zu steuern bzw. zu regeln, dass dieser die redundante Ausgangsspannung mit der Sollspannungshöhe generiert und somit die Verbraucher mit dem Strom der Stromquelle versorgt.
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Bspw. ist die Messeinheit ferner eingerichtet, im Falle, dass die erfasste primäre Ausgangsspannung die Referenzspannung nicht unterschreitet (d. h. höher oder gleich der Referenzspannung ist), ein Normalsignal an die Steuer/-Regeleinheit abzugeben. Analog ist die Steuer/-Regeleinheit ferner eingerichtet, im Falle, dass das Normalsignal erhalten wird, den redundanten Gleichspannungswandler abzuschalten oder abzuregeln, sodass dessen Ausgangsspannung bis auf eine minimal mögliche Spannungshöhe reduziert wird. In diesem Fall werden die Stromverbraucher überwiegend, insb. ausschließlich, von dem primären Gleichspannungswandler mit dem Strom der Stromquelle versorgt.
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Bspw. umfasst die Vorrichtung ferner eine steuerbare Schaltereinheit, welche zwischen dem primären und dem redundanten Gleichspannungswandler einerseits und den Ausgangsstromanschlüssen andererseits elektrisch angeschlossen ist. Die Schaltereinheit ist eingerichtet, wahlweise den primären oder den redundanten Gleichspannungswandler oder die beiden Gleichspannungswandler mit den Ausgangsstromanschlüssen elektrisch zu verbinden.
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Dabei ist die Steuer/-Regeleinheit steuersignalausgangsseitig ferner mit der Schaltereinheit steuersignaltechnisch verbunden und ferner eingerichtet, im Falle des Kaltstarts und/oder Boostbetriebs die Schaltereinheit derart zu steuern, dass die Schaltereinheit die beiden Gleichspannungswandler zeitgleich mit den Ausgangsstromanschlüssen elektrisch verbindet.
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Bspw. ist die Steuer/-Regeleinheit ferner eingerichtet, im Falle, dass das Fehlersignal erhalten wird, die Schaltereinheit derart zu steuern, dass diese den redundanten Gleichspannungswandler mit den Ausgangsstromanschlüssen elektrisch verbindet.
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Bspw. ist die Steuer/-Regeleinheit ferner eingerichtet, im Falle, dass das Normalsignal erhalten wird und dass kein Kaltstart und/oder Boostbetrieb durchgeführt wird, die Schaltereinheit derart zu steuern, dass diese den redundanten Gleichspannungswandler von den Ausgangsstromanschlüssen elektrisch trennt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug, insb. ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt.
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Das Bordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung in Höhe von bspw. 48 Volt bis 450 Volt, welcher eine Stromquelle zum Bereitstellen elektrischen Stromes umfasst.
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Das Bordnetz umfasst ferner einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung von bspw. 12 Volt oder 24 Volt, welcher Stromverbraucher umfasst.
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Das Bordnetz umfasst außerdem eine zuvor beschriebene Vorrichtung, welche über die Eingangsstromanschlüsse an den ersten Bordnetzzweig bzw. an die erste Bordnetzspannung und über die Ausgangsstromanschlüsse an den zweiten Bordnetzzweig bzw. an die zweite Bordnetzspannung elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung in die zweite Bordnetzspannung und/oder umgekehrt umzuwandeln.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kaltstart und/oder zum Boostbetrieb eines Fahrzeugs, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, mit der oben beschriebenen Vorrichtung bereitgestellt.
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Gemäß dem Verfahren werden ein Kaltstart oder ein Boostbetrieb des Fahrzeugs und/oder eine Störung bei dem primären Gleichspannungswandler erfasst.
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Im Falle eines Kaltstarts und/oder Boostbetriebs werden der primäre und der redundante Gleichspannungswandlers derart betrieben (gesteuert und/oder geregelt), dass diese zeitgleich und unabhängig voneinander jeweils eine primäre und eine redundante Ausgangsspannung generieren, welche eine und dieselbe vorgegebene Sollspannungshöhe aufweisen.
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Im Falle einer Störung bei dem primären Gleichspannungswandler wird der redundante Gleichspannungswandler derart betrieben, dass dieser die redundante Ausgangsspannung mit der Sollspannungshöhe generiert.
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Bspw. wird die primäre Ausgangsspannung des primären Gleichspannungswandlers erfasst und mit einer Referenzspannung verglichen. Im Falle, dass die erfasste primäre Ausgangsspannung die Referenzspannung unterschreitet, wird der redundante Gleichspannungswandler derart betrieben, dass dieser die redundante Ausgangsspannung mit der Sollspannungshöhe generiert.
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Bspw. wird der redundante Gleichspannungswandler im Falle, dass die erfasste primäre Ausgangsspannung die Referenzspannung nicht unterschreitet, abgeschaltet oder derart abgeregelt, dass dessen Ausgangsspannung bis auf eine minimal mögliche Spannungshöhe reduziert wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Vorrichtung sind, soweit möglich, auf das oben genannte Bordnetz bzw. das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Bordnetzes bzw. des Verfahrens anzusehen.
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Beschreibung der Zeichnung:
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung ein Bordnetz B eines Hybridelektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung V gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das Bordnetz B umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1 mit einer ersten Bordnetzspannung Ue in Höhe von bspw. 48 Volt, welcher eine Stromquelle SQ, wie z. B. eine 48 Volt Batterie, zum Bereitstellen elektrischen Stromes für das Fahrzeug umfasst.
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Das Bordnetz B umfasst ferner einen zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit einer zweiten Bordnetzspannung Ua in Höhe von bspw. 12 Volt, welcher sensitive und zum Teil sicherheitsrelevante Stromverbraucher LD des Fahrzeugs, wie z. B. Sensoren oder sonstige elektrische Komponenten eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs, umfasst.
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Das Bordnetz B umfasst ferner eine Vorrichtung V, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig BZ1, BZ2 elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung Ue in die zweite Bordnetzspannung Ua und/oder umgekehrt zu wandeln. Die Vorrichtung V ist ferner eingerichtet, die zweite Bordnetzspannung Ua, insb. während eines Kaltstarts und/oder eines Boostbetriebs des Fahrzeugs, auf einer vorgegebenen Sollspannungshöhe von 12 Volt zu stabilisieren.
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Die Vorrichtung V umfasst einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Eingangsstromanschluss EA1, EA2 und ist über diese beiden Eingangsstromanschlüsse EA1, EA2 an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 und somit an der Stromquelle SQ bzw. an der ersten Bordnetzspannung Ua elektrisch angeschlossen.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Ausgangsstromanschluss AA1, AA2 und ist über diese beiden Ausgangsstromanschlüsse AA1, AA2 an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 und somit an den Stromverbrauchern LD elektrisch angeschlossen.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner einen primären Gleichspannungswandler GW1, welcher zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen EA1, EA2 einerseits und den beiden Ausgangsstromanschlüssen AA1, AA2 andererseits elektrisch angeschlossen ist. Der primäre Gleichspannungswandler GW1 ist eingerichtet, die erste Bordnetzspannung Ue, welche als Eingangsspannung an Spannungseingängen des primären Gleichspannungswandlers GW1 anliegt, in eine Ausgangsspannung Ual umzuwandeln und diese über Spannungsausgänge als die zweite Bordnetzspannung Ue abzugeben (unidirektionale Spannungswandlung). Damit versorgt der primäre Gleichspannungswandler GW1 die Stromverbraucher LD in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit dem Strom von der Stromquelle SQ in dem ersten Bordnetzzweig BZ1. Ist der primäre Gleichspannungswandler GW1 als ein bidirektionaler Spannungswandler ausgebildet, so kann dieser auch die zweite Bordnetzspannung Ue in die erste Bordnetzspannung Ua umwandeln.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner einen redundanten Gleichspannungswandler GW2, welcher ebenfalls zwischen den beiden Eingangsstromanschlüssen EA1, EA2 einerseits und den beiden Ausgangsstromanschlüssen AA1, AA2 andererseits und somit parallel zu dem primären Gleichspannungswandler GW1 elektrisch angeschlossen ist. Der redundante Gleichspannungswandler GW2 ist ebenfalls eingerichtet, die erste Bordnetzspannung Ue, welche als Eingangsspannung Ue2 an Spannungseingängen des redundanten Gleichspannungswandlers GW2 anliegt, in eine Ausgangsspannung Ua2 umzuwandeln und diese über dessen Spannungsausgänge als die zweite Bordnetzspannung Ue abzugeben (unidirektionale Spannungswandlung). Damit versorgt der redundante Gleichspannungswandler GW2 bei Bedarf unabhängig von dem primären Gleichspannungswandler GW1 die Stromverbraucher LD in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit dem Strom von der Stromquelle SQ in dem ersten Bordnetzzweig BZ1. Ist der redundante Gleichspannungswandler GW2 auch als ein bidirektionaler Spannungswandler ausgebildet, so kann dieser auch die zweite Bordnetzspannung Ue in die erste Bordnetzspannung Ua umwandeln.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner eine Messeinheit MS, eine Steuer/-Regeleinheit SR sowie eine steuerbare Schaltereinheit ST.
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Die Messeinheit MS ist eingerichtet, die Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen AA1, AA2 und somit die zweite Bordnetzspannung Ua zu messen. Damit erfasst die Messeinheit MS auch indirekt die Ausgangsspannung Ual des primären Gleichspannungswandlers GW1. Signalausgansseitig ist die Messeinheit MS mit einem Signaleingang der Steuer/-Regeleinheit SR signaltechnisch verbunden.
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Die Steuer/-Regeleinheit SR ist eingerichtet, während des Betriebs des Fahrzeugs die Schaltereinheit ST gesteuert umzuschalten und den primären und den redundanten Gleichspannungswandler GW1, GW2 zu steuern bzw. zu regeln.
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Über einen zweiten Signaleingang ist die Steuer/-Regeleinheit SR an ein Bussystem BS des Fahrzeugs signaltechnisch angeschlossen und erhält über diese Signalverbindung Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, wie z. B. den Normalbetrieb, den Kaltstart oder den Boostbetrieb des Fahrzeugs.
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Steuersignalausgangsseitig ist die Steuer/-Regeleinheit SR mit jeweils einem Steuersignaleingang der beiden Gleichspannungswandlers GW1, GW2 sowie der Schaltereinheit ST signaltechnisch verbunden.
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Die Schaltereinheit ST ist in dieser Ausführungsform als eine steuerbare Auswahlschaltereinheit mit zwei Schalteingangsanschlüssen und einem Schaltausganganschluss ausgebildet. Über die zwei Schalteingangsanschlüsse ist die Schaltereinheit ST mit jeweiligem positivspannungsseitigen Spannungsausgangsanschluss der jeweiligen Gleichspannungswandler GW1, GW2 elektrisch verbunden. Über den Schaltausgangsanschluss ist die Schaltereinheit ST mit dem positiven Ausgangsstromanschluss AA1 elektrisch verbunden. Die Schaltereinheit ST ist eingerichtet, abhängig von dem an dem Steuersignaleingang anliegenden Steuersignal der Steuer/-Regeleinheit SR wahlweise den primären oder den redundanten Gleichspannungswandler GW1, GW2 oder die beiden Gleichspannungswandler GW1, GW2 mit dem positiven Ausgangsstromanschluss AA1 und somit mit dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 elektrisch zu verbinden.
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Nachdem die Topologie der Vorrichtung V basierend auf die Figur schematisch beschrieben wurde, wird nachfolgend die Funktionsweise der Vorrichtung V beschrieben:
- Während des Betriebs des Fahrzeugs erfasst die Messeinheit MS permanent oder in regelmäßigen Zeitabständen die Ausgangsspannung Ua bzw. die zweite Bordnetzspannung und vergleicht die erfasste Ausgangsspannung Ua mit einer vorgegebenen Referenzspannung, welche bspw. einer vorgegebenen Sollspannungshöhe von bspw. 12 Volt entspricht.
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Überschreitet die erfasste Ausgangsspannung Ua die Referenzspannung oder liegt die erfasste Ausgangsspannung Ua auf der Höhe der Referenzspannung, so generiert die Messeinheit MS ein Normalsignal, das eine ausreichende Spannungshöhe bei der Ausgangsspannung Ua der Vorrichtung V und somit indirekt einen normalen störungsfreien Zustand der Vorrichtung V, insb. des primären Gleichspannungswandlers GW1, signalisiert, und gibt dieses Normalsignal an die Steuer/-Regeleinheit SR weiter.
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Unterschreitet die erfasste Ausgangsspannung Ua dagegen die Referenzspannung, so generiert und gibt die Messeinheit MS ein Fehlersignal, das eine (stark) abfallende Spannungshöhe bei der Ausgangsspannung Ua der Vorrichtung V und somit indirekt einen fehlerhaften Zustand bei dem primären Gleichspannungswandler GW1 signalisiert, und gibt dieses Fehlersignal an die Steuer/-Regeleinheit SR weiter.
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Neben dem oben genannten Signal der Messeinheit MS erhält die Steuer/-Regeleinheit SR ferner über den weiteren Signaleingang von dem Bussystem BS ein Betriebsstatussignal des Fahrfahrzeugs.
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Im Normalbetrieb des Fahrzeugs, wie z. B. während einer Fahrt mit einer konstanten Geschwindigkeit auf einer ebenen Straße ohne Steigung, erhält die Steuer/-Regeleinheit SR von dem Bussystem BS ein Normalbetriebssignal, welches den Normalbetrieb des Fahrzeugs signalisiert.
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Bei einem Kaltstart oder einem Boostbetrieb bspw. zum Beschleunigen des Fahrzeugs erhält die Steuer/-Regeleinheit SR von dem Bussystem BS ein entsprechendes Kaltstart- bzw. Boostbetriebssignal.
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Erhält die Steuer/-Regeleinheit SR zeitgleich das Normalsignal und das Normalbetriebssignal, so steuert bzw. regelt diese den primären Gleichspannungswandler GW1 derart, dass dessen Ausgangsspannung Ual und somit die Ausgangsspannung Ua der Vorrichtung und folglich auch die zweite Bordnetzspannung auf die vorgegebene Sollspannungshöhe geregelt wird und auch weiter aufrechterhalten wird.
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Ferner steuert die Steuer/-Regeleinheit SR die Schaltereinheit ST derart, dass diese nur den primären Gleichspannungswandler GW1 bzw. dessen Spannungsausgangsanschluss mit dem positivspannungsseitigen Ausgangsstromanschluss AA1 elektrisch verbindet. Den redundanten Gleichspannungswandler GW2 schaltet die Steuer/-Regeleinheit SR in diesem Normalzustand ab.
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Dadurch werden die Stromverbraucher LD in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 ausschließlich über den primären Gleichspannungswandler GW1 mit Strom von der Stromquelle SQ versorgt, wobei die zum Betrieb der Stromverbraucher LD erforderliche Spannungshöhe durch die Regelung der Ausgangsspannung Ual des primären Gleichspannungswandlers GW1 auf der Sollspannungshöhe aufrechterhalten wird.
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Erhält die Steuer/-Regeleinheit SR ein Kaltstart- oder Boostbetriebssignal, so regelt diese den primären Gleichspannungswandler GW1 unverändert weiter, sodass dieser die Ausgangsspannung Ual in der vorgegebenen Sollspannungshöhe weiterhin bereitstellt. Zusätzlich zu dem primären Gleichspannungswandler GW1 schaltet die Steuer/-Regeleinheit SR den redundanten Gleichspannungswandler GW2 ein und regelt diesen derart, dass auch der redundante Gleichspannungswandler GW2 eine zweite Ausgangsspannung Ua2 in der vorgegebenen Sollspannungshöhe bereitstellt. Ferner steuert die Steuer/-Regeleinheit SR die Schaltereinheit ST derart, dass diese sowohl den primären als auch den redundanten Gleichspannungswandler GW1, GW2 mit dem Ausgangsstromanschluss AA1 elektrisch verbindet. Dadurch werden die Stromverbraucher LD in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 von den beiden Gleichspannungswandler GW1, GW2 mit Strom versorgt, wobei die gesamte Ausgangsleitung der beiden Gleichspannungswandler GW1, GW2 den Leistungsbedarf der Stromverbraucher LD während der Kaltstart- oder Boostbetriebsphase abdeckt.
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Ist die Kaltstart- bzw. Boostbetriebsphase beendet, so erhält die Steuer/-Regeleinheit SR wieder das Normalbetriebssignal und schaltet daraufhin den redundanten Gleichspannungswandler GW2 ab und trennt diesen durch Umschalten der Schaltereinheit ST von der Stromverbindung zu dem positiven Ausgangsstromanschluss AA1.
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Erhält die Steuer/-Regeleinheit SR von der Messeinheit MS ein Fehlersignal, so schaltet diese den redundanten Gleichspannungswandler GW2 ein und regelt diesen derart, dass die Ausgangsspannung Ua2 des redundanten Gleichspannungswandlers GW2 auf die vorgegebene Sollspannungshöhe geregelt wird. Ferner steuert die Steuer/-Regeleinheit SR die Schaltereinheit ST derart, dass diese den redundanten Gleichspannungswandler GW1, GW2 mit dem Ausgangsstromanschluss AA1 elektrisch verbindet. Dadurch werden die Stromverbraucher LD in dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit Strom von dem redundanten Gleichspannungswandler GW2 versorgt.
