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Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler zum Koppeln zweier Bordnetze eines Kraftfahrzeugs. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Gleichspannungswandler sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichspannungswandlers.
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Ein Gleichspannungswandler oder DC/DC-Wandler (DC - Gleichstrom) kann genutzt werden, um zwei elektrische Bordnetze eines Kraftfahrzeugs, die bei unterschiedlichen Bordnetzspannungen betrieben werden, miteinander zu koppeln. Mittels eines solchen Gleichspannungswandlers kann elektrische Energie von einem der Bordnetze in das andere Bordnetz übertragen werden. Eine mögliche Konstellation besteht dabei darin, dass ein erstes der Bordnetze ein Hochvolt-Bordnetz mit einer elektrischen Spannung größer als 60 Volt ist, während das zweite der Bordnetze ein Bordnetz mit einer Bordnetzspannung kleiner als 60 Volt, beispielsweise 12 Volt oder 24 Volt oder 48 Volt Nominalspannung sein kann.
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Mittels des zweiten Bordnetzes mit der niedrigeren Betriebsspannung unterhalb der Hochvolt-Grenze von 60 Volt, werden in der Regel die Steuergeräte des Kraftfahrzeugs betrieben. Mit dem ersten Bordnetz mit der Hochvoltspannung kann beispielsweise ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Ist allerdings eine Batterie des zweiten Bordnetzes vollständig entladen, weil beispielsweise während einer Parkphase des Kraftfahrzeugs ein Leckstrom geflossen ist oder ein elektrischer Verbraucher durchgehend betrieben wurde, so lassen sich keine Steuergeräte mehr in dem Kraftfahrzeug betreiben. Dies betrifft auch das Steuergerät, durch welches der Gleichspannungswandler gesteuert werden kann, sodass elektrische Energie aus dem Hochvolt-Energiespeicher des ersten Bordnetzes, also beispielsweise des Hochvolt-Bordnetzes, in das zweite Bordnetz transferieren oder übertragen könnte und hierdurch die Batterie wieder aufgeladen werden könnte. Ist also die Batterie des zweiten Bordnetzes entladen, ist die Energie im Energiespeicher des ersten Bordnetzes mangels einsatzfähiger Steuergeräte nicht mehr zugänglich.
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Auch das Steuergerät für den elektrischen Antriebsmotor ist bei entladener Batterie des zweiten Bordnetzes nicht mehr betreibbar. Somit kommt es also zu der Situation, dass bei entladener Batterie des zweiten Bordnetzes weder ein Start des Hochvolt-Antriebsmotors möglich ist noch ein Aufladen der Batterie des zweiten Bordnetzes mittels des Gleichspannungswandlers.
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Ein Kraftfahrzeug mit zwei Bordnetzen ist beispielsweise aus der
DE 102 35 489 A1 bekannt. Auch bei diesem Kraftfahrzeug sind die Bordnetze über einen DC/DC-Wandler miteinander gekoppelt.
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Aus der
DE 11 2009 002 655 T5 ist eine Strategie zum Bewahren eines Ladestatus einer Niedrigspannungs-Batterie in einem elektrischen Hybridfahrzeug bekannt. Dieses Verfahren nutzt ein Bordnetz einer höheren Spannungsebene, um die Niedrigspannungs-Batterie automatisch nachzuladen, wenn deren Ladestatus unter einen Schwellenwert sinkt. Das hierzu benötigte automatisierte Schalten des Gleichspannungswandlers zwischen den beiden Bordnetzen ist aber insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einem Hochvolt-Bordnetz als Energiequelle in einigen Ländern nicht zulässig.
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Aus der
US 2009/0206841 A1 ist eine Hochvolt-Batterie für ein Hochvolt-Bordnetz bekannt, die durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, die selbst nicht mit Hochvolt betrieben wird und somit aus einem zweiten Bordnetz mit einer Versorgungsspannung versorgt werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug mit zwei Bordnetzen die Möglichkeit zu schaffen, eines der Bordnetze wieder unter Spannung zu setzen, falls dessen Batterie sich entladen hat.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler zum Koppeln zweier Bordnetze des Kraftfahrzeugs. Eine andere Bezeichnung für einen solchen Gleichspannungswandler ist auch DC/DC-Wandler. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler weist einen Eingangsanschluss zum Empfangen einer elektrischen Eingangsspannung aus einem ersten der Bordnetze und einen Ausgabeanschluss zum Ausgeben einer elektrischen Ausgabespannung an das zweite der Bordnetze auf. Eine den Eingangsanschluss mit dem Ausgabeanschluss koppelnde Wandlereinheit ist zum Erzeugen der Ausgabespannung als Eingangsspannung eingerichtet. Eine solche Wandlereinheit kann beispielsweise auf der Grundlage einer Schaltung für einen Tiefsetzsteller oder allgemeine eine Schaltung für einen Schaltwandler gebildet sein. Um den Gleichspannungswandler in an sich bekannter Weise beispielsweise mittels eines Steuergeräts steuern zu können, weist der Gleichspannungswandler einen Steuereingang zum Empfangen eines Beispielsweise kann es sich bei der Eingangsspannung des ersten Bordnetzes um eine Hochvoltspannung handeln. auf. Das Steuersignal ist hierbei zum Steuern der Wandlereinheit vorgesehen. Es kann also insbesondere die Wandlereinheit aktivieren oder deaktivieren.
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Falls aber nun das Steuergerät, welches das Steuersignal am Steuereingang erzeugen könnte, nicht betrieben werden kann, weil das Bordnetz, an welchem es angeschlossen ist, keine Spannung bereitstellt, muss die Inbetriebnahme des Gleichspannungswandlers auf andere Weise erfolgen können, um die Batterie dieses Bordnetzes nachladen zu können. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass eine Überwachungsschaltung in dem Gleichspannungswandler bereitgestellt ist, die dazu eingerichtet ist, über einen von dem Steuereingang verschiedenen Schalteingang, also einen zusätzlichen Steuereingang, einen Schaltzustand und/oder ein Schaltsignal einer manuellen Bedieneinheit zu empfangen. Der Gleichspannungswandler kann also mittels seiner Überwachungsschaltung selbständig überprüfen, ob eine manuelle Bedieneinheit ein Schaltsignal erzeugt und/oder einen vorbestimmten Schaltzustand einnimmt. Mit anderen Worten kann mittels der Überwachungsschaltung erkannt werden, ob ein Benutzer die manuelle Bedieneinheit bedient. Die Überwachungsschaltung ist des Weiteren dazu eingerichtet, bei Erkennen eines vorbestimmten Schaltzustands und/oder bei Empfangen des Schaltsignals die Wandlereinheit unabhängig von dem Steuersignal zu aktivieren. Durch Betätigen der manuellen Bedieneinheit wird also in dem Gleichspannungswandler dank der Überwachungsschaltung die Wandlereinheit aktiviert. Damit kann also die Wandlereinheit des Gleichspannungswandlers manuell über die manuelle Bedieneinheit aktiviert werden. Hierzu ist keine Spannungsversorgung für ein weiteres Steuergerät nötig, welches das Steuersignal erzeugen könnte. Stattdessen kann ein Benutzer einfach die manuelle Bedieneinheit betätigen und hierdurch den Gleichspannungswandler in Betrieb nehmen, der dann aus dem ersten Bordnetz elektrische Energie in das zweite Bordnetz transferieren kann, indem er die Ausgabespannung erzeugt. Damit kann dann beispielsweise eine Batterie in dem zweiten Bordnetz mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz aufgeladen werden. Beispielsweise kann es sich bei der Eingangsspannung des ersten Bordnetzes um eine Hochvoltspannung handeln.
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Durch die Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, dass man zum Aktivieren oder Einschalten des Gleichspannungswandlers nicht auf ein zusätzliches, funktionsfähiges Steuergerät angewiesen ist, um das besagte Steuersignal am Steuereingang des Gleichspannungswandlers zu erzeugen, sondern dass die Betätigung einer manuellen Bedieneinheit hierzu ausreicht.
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Die manuelle Bedieneinheit kann als ein Bestandteil des Gleichspannungswandlers selbst bereitgestellt sein oder als ein zusätzliches Bauteil des Kraftfahrzeugs vorgesehen und mit dem Gleichspannungswandler am Schalteingang verbunden sein.
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Die manuelle Bedieneinheit ist aber auch dazu nutzbar, das zweite Bordnetz mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz auch ohne einen Fehlerfall zu versorgen, wenn beispielsweise gewünscht ist, dass ein elektrischer Verbraucher des zweiten Bordnetzes oder ein mit dem zweiten Bordnetz verbundener elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz versorgt werden können soll. Ein solcher zusätzlicher Verbraucher kann beispielsweise ein an das Kraftfahrzeug angeschlossenes elektrisches Gerät, beispielsweise eine Lampe zu Campingzwecken oder für das Ausleuchten einer Baustelle, sein.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Die Bedieneinheit kann mechanisch und/oder kapazitiv schaltend ausgestaltet sein. Beispielsweise kann sie als Taster oder Wippschalter oder als Tastfeld (Touchpad / Berührungsfeld oder Touchdisplay / Berührungsbildschirm) realisiert sein. Die Überwachungsschaltung ist dazu eingerichtet, das Schaltsignal als elektrisches Signal von der Bedieneinheit zu empfangen oder den Schaltzustand der Bedieneinheit mittels eines Messsignals selbst zu ermitteln. Im ersteren Fall erzeugt also die Bedieneinheit ein elektrisches Signal, das an dem Schalteingang durch die Überwachungsschaltung empfangen wird und auf welches hin die Überwachungsschaltung dann die Wandlereinheit aktiviert. Somit kann also eine „aktive“ Bedieneinheit genutzt werden, also eine Bedieneinheit, die ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Betätigung erzeugt. Eine Spannungsversorgung der Bedieneinheit kann z.B. durch eine Batterie oder durch die Überwachungsschaltung bereitgestellt sein. Der Schaltzustand kann aber auch „passiv“ in der Bedieneinheit eingestellt werden, wenn beispielsweise eine Taster mechanisch elektrische Kontaktelemente in Abhängigkeit von einer Betätigung zusammenführt oder trennt und/oder wenn sich ein elektrischer Kapazitätswert der Bedieneinheit in Abhängigkeit von einer Bedienung ändert. Dieser sich ändernde Schaltzustand kann durch die Überwachungsschaltung mittels eines eigenen Messsignals gemessen oder ermittelt werden. Beispielsweise kann ein elektrischer Widerstand und/oder eine elektrische Kapazität der Bedieneinheit mittels des Messsignals in an sich bekannter Weise ermittelt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine eigene Spannungsversorgung für die Bedieneinheit notwendig ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Überwachungsschaltung mit dem ersten Bordnetz verbunden ist, um für ihren Betrieb die Eingangsspannung zu empfangen. Mit anderen Worten kann die Überwachungsschaltung aus dem ersten Bordnetz versorgt werden. Der Betrieb der Überwachungsschaltung ist dann nicht von der Bordnetzspannung des zweiten Bordnetzes abhängig. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Überwachungsschaltung dazu eingerichtet ist, eine zusätzliche Versorgungsspannung aus dem zweiten Bordnetz zu empfangen und nur bei Ausbleiben dieser Versorgungsspannung auf die Eingangsspannung umzuschalten. Somit ist ein Hochvolt-Betrieb (bei Hochvoltspannung im ersten Bordnetz) nur bei ausgefallenem zweiten Bordnetz vorhanden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Überwachungsschaltung einen Standby-Modus aufweist, in welchem die Überwachungsschaltung das Schaltsignal und/oder den Schaltzustand nur zu vorbestimmten, zeitlich beabstandeten Zeitpunkten überprüft. Eine solche Methode wird auch als „Polling“ bezeichnet. Mit anderen Worten wird also nicht durchgängig oder kontinuierlich der Empfang des Schaltsignals überwacht und/oder der Schaltzustand der manuellen Bedieneinheit überprüft. Mit einer solchen Überwachungsschaltung mit Standby-Modus kann der Verbrauch an elektrischer Energie auf weniger als 100 Mikroampere reduziert werden. Hierzu kann beispielsweise als ein möglicher elektronischer Baustein das Produkt LTC2912 des Unternehmens Linear Technology ® verwendet werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Gleichspannungswandler dazu eingerichtet ist, nach einer Aktivierung der Wandlereinheit durch die Überwachungsschaltung und bei zusätzlichem Fehlen des Steuersignals (also bei Fehlen einer externen Steuerung) die Wandlereinheit nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu deaktivieren. Wird also die Wandlereinheit durch Betätigen der manuellen Bedieneinheit aktiviert, so ist danach in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Wandlereinheit nicht durchgehend weiterläuft, sondern der Gleichspannungswandler seine Wandlereinheit wieder selbständig deaktiviert. Die Zeitdauer kann beispielsweise durch die Überwachungsschaltung selbst überwacht werden. Es kann beispielsweise ein Zähler verwendet werden oder eine Schaltung mit einer RC-Glied.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Eingangsspannung größer als die Ausgabespannung ist. Beispielsweise kann also die Eingangsspannung eine Hochvoltspannung sein (größer als 60 Volt) oder eine Spannung größer als 40 Volt. Die Ausgabespannung kann eine Mittelvolt-Spannung oder eine Niedervolt-Spannung sein, also im Bereich von 60 Volt bis 25 Volt (Mittelvolt) oder kleiner als 25 Volt (Niedervolt). Insbesondere mit den beschriebenen Ausführungsformen, bei welchen die Eingangsspannung auch für die Überwachungsschaltung genutzt wird, ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass der Gleichspannungswandler und insbesondere dessen Überwachungsschaltung, durch das Bordnetz mit der größeren Bordnetzspannung (Eingangsspannung) betrieben werden kann.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der besagte Steuereingang, über welchen das (reguläre) Steuersignal beispielsweise eines Steuergeräts empfangen werden kann, ein Busanschluss für einen Kommunikationsbus ist. Ein solcher Kommunikationsbus kann beispielsweise ein CAN-Bus (CAN - Controller Area Network) oder ein Flexray-Bus sein. Der Gleichspannungswandler ist dazu eingerichtet, das Steuersignal dann als ein Bussignal zu empfangen. Hierdurch kann der Gleichspannungswandler also über einen Kommunikationsbus gesteuert werden, falls der Kommunikationsbus mit elektrischer Spannung beispielsweise aus dem zweiten Bordnetz versorgt werden kann. Ist keine Spannungsversorgung möglich, weil beispielsweise eine Batterie des zweiten Bordnetzes entladen ist, so kann der Gleichspannungswandler manuell mittels der manuellen Bedieneinheit aktiviert werden und hierdurch elektrische Energie aus dem ersten Bordnetz in das zweite Bordnetz übertragen werden und hierdurch beispielsweise die Batterie nachgeladen werden.
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Die Erfindung umfasst gemäß einem zweiten Aspekt auch das besagte Kraftfahrzeug mit dem ersten elektrischen Bordnetz und dem zweiten elektrischen Bordnetz, wobei die Bordnetze über eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers verbunden sind und ein Steuergerät zum Erzeugen des besagten Steuersignals für den Gleichspannungswandler bereitgestellt und dazu eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung aus dem zweiten Bordnetz zu empfangen. Fällt das Steuergerät aufgrund eines spannungsfreien zweiten Bordnetzes aus, so kann dennoch der Gleichspannungswandler mittels der besagten manuellen Bedieneinheit in Betrieb genommen werden, die in dem Kraftfahrzeug mit dem Gleichspannungswandler verbunden sein kann oder durch den Gleichspannungswandler bereitgestellt sein kann.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das zweite Bordnetz eine Batterie zum Betreiben des Steuergeräts bei ausgeschalteter Zündung des Kraftfahrzeugs aufweist. Dies ist die Batterie, die sich beispielsweise aufgrund eines Leckstroms oder eines durchgehend betriebenen Verbrauchers bei ausgeschalteter Zündung entladen kann. Ist dann das Steuergerät nicht mehr dazu in der Lage, das besagte Steuersignals zum Aktivieren des Gleichspannungswandlers zu erzeugen, so kann dies manuell mittels der manuellen Bedieneinheit dennoch erfolgen.
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Im Betrieb des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers ergibt sich ein Verfahren, das ebenfalls einen Teil der Erfindung darstellt. Das Verfahren dient zum Betreiben des Gleichspannungswandlers in einem Kraftfahrzeug. Eine Wandlereinheit, die einen Eingangsanschluss mit einem Ausgabeanschluss des Gleichspannungswandlers koppelt, ist dazu eingerichtet, aus der Eingangsspannung aus dem ersten Bordnetz eine Ausgabespannung in dem zweiten Bordnetz zu erzeugen. Das Verfahren geht aber davon aus, dass die Wandlereinheit zunächst nicht aktiv oder in Betrieb ist. Sie ist nur dazu eingerichtet, die besagte Wandlung durchzuführen. Um die Wandlereinheit schalten zu können, wird ein Steuereingang zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern der Wandlereinheit bereitgestellt.
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Eine Überwachungsschaltung empfängt über einen von diesem Steuereingang verschiedenen Schalteingang einen Schaltzustand und/oder ein Schaltsignal einer manuellen Bedieneinheit, aktiviert bei Erkennen eines vorbestimmten Schaltzustands und/oder bei Empfangen des Schaltsignals die Wandlereinheit unabhängig von dem Steuersignal. Hierdurch kann also durch Bedienen der manuellen Bedieneinheit das Schaltsignal überstimmt oder ersetzt werden.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers, wie er in dem Kraftfahrzeug von 1 bereitgestellt sein kann,und
- 3 ein Flussschaudiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere um einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann.
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In dem Kraftfahrzeug 10 können ein erstes Bordnetz 11 und ein zweites Bordnetz 12 bereitgestellt sein. Eine Betriebsspannung des ersten Bordnetzes 11 kann größer als 60 Volt sein, das heißt bei dem Bordnetz 11 kann es sich um ein Hochvolt-Bordnetz handeln. Eine Betriebsspannung des Bordnetzes 12 kann kleiner 60 Volt, insbesondere kleiner als 40 Volt, sein. Bei dem Bordnetz 12 kann es sich also um ein Mittelvolt-Bordnetz oder Niedervolt-Bordnetz handeln. Von dem Bordnetz 11 sind beispielhaft eine Batterie 13 und ein optionaler Verteiler 14 dargestellt. Die Betriebsspannung des Bordnetzes 11 kann über elektrische Leitungselemente 15, zum Beispiel Kabel und/oder Stromschienen, in dem Kraftfahrzeug 10 verteilt werden.
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In dem Bordnetz 12 kann eine Batterie 16 bereitgestellt sein. Es kann sich beispielsweise um eine 12V-Batterie oder 24V-Batterie handeln. Von dem Bordnetz 12 sind ebenfalls beispielhaft noch Leitungselemente 17 zum Verteilen der Betriebsspannung des Bordnetzes 12 im Kraftfahrzeug 10 dargestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug 10 können die Bordnetze 11, 12 miteinander durch einen DC/DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 18 gekoppelt sein. Mit anderen Worten kann durch den Gleichspannungswandler 18 eine Eingangsspannung HVin an einem Eingangsanschluss 19 des Gleichspannungswandlers 18 aus dem ersten Bordnetz 11 empfangen werden und aus der Eingangsspannung HVin an einen Ausgabeanschluss 20 für das zweite Bordnetz 12 eine Ausgabespannung LVout erzeugt und ausgegeben werden. Hierdurch kann elektrische Energie aus dem ersten Bordnetz 11 in das zweite Bordnetz 12 übertragen werden.
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Der Gleichspannungswandler 18 kann durch ein Steuergerät 21 des Kraftfahrzeugs 10 gesteuert sein. Hierzu können das Steuergerät 21 und der Gleichspannungswandler 18 beispielsweise über einen Kommunikationsbus 22, beispielsweise einen CAN-Bus oder Flexray-Bus, miteinander gekoppelt sein und das Steuergerät 21 kann an den Gleichspannungswandler 18 ein Steuersignal 23 zum Schalten des Gleichspannungswandlers 18 übermitteln, welches der Gleichspannungswandler 18 beispielsweise an einem Steuereingang 24 empfangen kann.
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Kommt es nun beispielsweise vor, dass in dem Kraftfahrzeug 10 die Batterie 16 beispielsweise nach einer Parkphase vollständig entladen ist, so kann auch das Steuergerät 21 nicht mehr in Betrieb genommen werden. Dadurch lässt sich aber auch der Gleichspannungswandler 18 normalerweise nicht mehr schalten, da das Steuersignal 23 nicht mehr durch das Steuergerät 21 erzeugt werden kann. Dies kann dazu führen, dass selbst bei ausreichend vorhandener Energie in der Batterie 13 sich ein Kraftfahrzeug normalerweise nicht mehr starten lässt. Bei dem Kraftfahrzeug 10 ist dies aber verhindert. Dazu weist der Gleichspannungswandler 18 einen zusätzlichen Schalteingang 25 auf, an welchem eine manuelle Bedieneinheit 26 angeschlossen sein kann. Die manuelle Bedieneinheit 26 kann beispielsweise als Taste oder als Touchscreen ausgestaltet sein. In dem Gleichspannungswandler 18 kann eine Überwachungsschaltung 27 bereitgestellt sein, welche den Schaltzustand der manuellen Bedieneinheit 26 am Schalteingang 25 überwachen kann. Die Überwachungsschaltung 27 kann auch ein Schaltsignal aus der Bedieneinheit 26 empfangen. Somit wird betätigen der manuellen Bedieneinheit 26 diese Betätigung durch die Überwachungsschaltung 27 erkannt und daraufhin unabhängig von dem Steuersignal 23 der Gleichspannungswandler 18 aktiviert. Damit wird aus der Eingangsspannung HVin des ersten Bordnetzes 11 im zweiten Bordnetz 12 die Ausgabespannung LVout erzeugt und damit elektrische Betriebsspannung in dem Bordnetz 12 bereitgestellt. Es kann dann beispielsweise die Batterie 16 wieder aufgeladen werden und/oder das Steuergerät 21 in Betrieb genommen werden. Zusätzlich können zumindest ein weiterer Verbraucher in dem Bordnetz 12 in Betrieb genommen werden, der beispielsweise für das Starten des Kraftfahrzeugs 10 vorgesehen sein kann.
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Ein mögliches Steuergerät, das über das Bordnetz 12 versorgt wird, kann auch ein Steuergerät für die Batterie 13 und/oder einen durch das Bordnetz 11 versorgten elektrischen Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs 10 sein. Somit wird also mittels der Bedieneinheit 26 und der Überwachungsschaltung 27 die Batterie 13 selbst aufstartfähig.
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2 veranschaulicht noch einmal beispielhaft eine mögliche Konstruktionsweise des Gleichspannungswandlers 18. Zusätzlich dargestellt ist eine Wandlereinheit 28, welche in der beschriebenen Weise aus der Eingangsspannung HVin die Ausgabespannung LVout erzeugen kann. Die Wandlereinheit kann in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Die Wandlereinheit 28 und die Überwachungsschaltung 27 können in einem gemeinsamen Gehäuse 29 angeordnet sein.
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Sobald die Überwachungsschaltung 27 eine Betätigung der manuellen Bedieneinheit 26 über den Schalteingang 25 detektiert oder erkennt, kann die Überwachungsschaltung 27 die Wandlereinheit 28 aktivieren, woraufhin diese beginnt, die Eingangsspannung HVin in die Ausgabespannung LVout zu wandeln. Die Überwachungsschaltung kann auf der Grundlage eines Standby-Schaltkreises, beispielsweise dem Baustein LTC2912 realisiert sein. Die Überwachung des Schaltzustands oder eines Schaltsignals der Bedieneinheit 26 kann durch die Überwachungsschaltung 27 auf der Grundlage eines Polling erfolgen, das heißt es wird nicht durchgehend, sondern nur zu vorbestimmten Zeitpunkten, beispielsweise alle 100 Millisekunden oder alle 500 Millisekunden oder allgemein in Zeitabständen größer als 100 Millisekunden, geprüft, ob die Bedieneinheit 26 betätigt wurde.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass nach einer Betätigung der Bedieneinheit 26 die Wandlereinheit 28 nur für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiv bleibt, falls nicht währenddessen durch das Steuergerät 21 ein Steuersignal 23 für einen weiteren Betrieb der Wandlereinheit 28 erzeugt oder empfangen wird. Die Zeitdauer kann in einem Bereich von fünf Minuten bis zehn Stunden liegen. Beispielsweise kann so aus der Batterie 13 des Bordnetzes 11 elektrische Energie in dem Bordnetz 12 bereitgestellt werden, an welches dann beispielsweise über einen Anschluss ein fahrzeugfremdes Gerät, beispielsweise eine Leuchte, angeschlossen und betrieben werden kann. Dies ist beispielsweise bei einem Camping oder auf einer Baustelle vorteilhaft.
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3 veranschaulicht noch einmal eine mögliches Ausführungsform des zugrunde liegenden Verfahrens zum Betreiben des Gleichspannungswandlers 18 für das Kraftfahrzeug. Die den Eingangsanschluss 19 mit einem Ausgabeanschluss 20 koppelnde Wandlereinheit 28 erzeugt in einem Schritt S10 aus der Eingangsspannung HVin des ersten Bordnetzes 11 die Ausgabespannung LVout in dem zweiten Bordnetz 12. Der Steuereingang 24 wird zum Empfangen eines Steuersignals 23 zum Steuern der Wandlereinheit 28 bereitgestellt. Bei Ausgeschalteter Wandlereinheit 28, wenn keine Ausgabespannung LVout durch die Wandlereinheit 28 erzeugt wird, empfängt die Überwachungsschaltung 27 in einem Schritt S11 über einen von dem Steuereingang 24 verschiedenen Schalteingang 25 einen Schaltzustand und/oder ein Schaltsignal einer manuellen Bedieneinheit 26. Bei Erkennen eines vorbestimmten Schaltzustands und/oder bei Empfangen des Schaltsignals in einem Schritt S12, wird die Wandlereinheit 28 in einem Schritt S13 unabhängig von dem Steuersignal 23 aktiviert.
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Der Aufbau des DC/DC-Wandlers kennzeichnet sich somit durch einen separaten DC/DC-Starteingang oder Schalteingang 25 für einen DC/DC-Startknopf / Touchdisplay oder allgemein eine manuelle Bedieneinheit 26 aus. Der Fahrzeugbenutzer kann den DC/DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 18 dadurch zu jedem beliebigen Zeitpunkt für ein definierbares Zeitintervall einschalten (z.B. eine Stunde). Wird die Zündung des Kraftfahrzeug (d.h. die KL15-Leitung) innerhalb des Zeitintervalls nicht betätigt schaltet sich der DC/DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 18 wieder ab.
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Damit der DC/DC-Wandler per Knopfdruck jederzeit aktiviert werden kann, kann dieser in seinem internen Aufbau eine Standby-Monitoring-Schaltung oder Überwachungsschaltung 27 aufweisen, die sich aus der Batterie 13 (z.B. Hochvoltbatterie) heraus selbst versorgen und den Schalteingang laufend monitort oder überwacht. Wird der Schalteingang durch den Nutzer aktiviert, fährt die Standby-Monitoring oder Überwachungsschaltung hoch und/oder aktiviert den gesamten DC/DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 18, vergleichbar mit einem Spannungswächter IC-Baustein. Diese Standby-Schaltungen benötigen in der Regel nur wenige Mikroampere (z.B. im Bereich 5 - 50 Mikroampere) zum laufenden Monitoring, belasten also die Batterie 13 nicht.
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Bei leerer 12V-Batterie ist ein Aufstarten eines HV-Systems möglich durch bewusstes Zuschalten des DC/DC-Wandlers oder Gleichspannungswandler 18 durch den Fahrzeugbenutzer im Stand bei leerer Batterie 16.
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Die Versorgung von an die Batterie 16 (Bordbatterie) angeschlossenen Verbrauchern (z.B. Campingzwecke, Baustellenabsicherungsfahrzeuge) ist möglich, da Batterie 16 über aktivierten DC/DC-Wandler oder Gleichspannungswandler 18 jederzeit oder bei Bedarf durch Betätigen der Bedieneinheit 26 nachgeladen werden kann.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine selbstaufstartfähige Hochvoltbatterie mittels eines DC/DC-Wandlers mit Standby-Überwachungsschaltung bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10235489 A1 [0005]
- DE 112009002655 T5 [0006]
- US 2009/0206841 A1 [0007]
