DE102018213901A1 - Fehlertolerantes Bordnetzmodul mit zwei hintereinandergeschalteten DC/DC-Wandlern - Google Patents

Fehlertolerantes Bordnetzmodul mit zwei hintereinandergeschalteten DC/DC-Wandlern Download PDF

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Abstract

Fehlertolerantes Bordnetzmodul mit zwei hintereinandergeschalteten DC/DC-Wandlern, welches einfach und trotzdem redundant aufgebaut ist und alle sicherheitsrelevanten Anforderungen erfüllt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein fehlertolerantes Bordnetzmodul, welches einfach und trotzdem redundant aufgebaut ist und alle sicherheitsrelevanten Anforderungen erfüllt.
  • Stand der Technik
  • In heutigen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist eine Bordnetzbatterie verbaut, häufig eine Blei-Säurebatterie. Diese ist zum Starten des Fahrzeugs und zur Spannungsversorgung usw. erforderlich. In batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen kommt eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) zum Einsatz, die das Fahrzeug antreibt. Hierbei ist zwischen rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (EVs) und Hybridfahrzeugen (HEVs) zu unterscheiden. Diese Fahrzeuge haben eine Batterie an Bord, z.B. eine 380V Batterie, aus welcher auch das Bordnetz gespeist werden kann. Hierfür wird ein DC/DC-Wandler an die HV-Batterie angeschlossen, der die gewünschte Ausgangsspannung liefert, z.B. 12V. Die ursprüngliche Bordnetzbatterie kann somit entfallen. Aus Sicherheitsgründen, beispielsweise zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit, kann aber weiterhin auf eine Bordnetzbatterie nicht verzichtet werden. Im Falle eines defekten DC/DC-Wandlers werden wichtige Komponenten, wie ESP, Bremskraftverstärker oder Steuergeräte nicht mehr versorgt, was zu sicherheitsgefährdenden Zuständen führen kann. Zukünftige Bordnetzbatterien werden Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sein und keine Blei-Säure Akkus. Aktuell reicht das schlechtere Tieftemperaturverhalten der Li-lonen-Batterie dafür jedoch noch nicht aus. Weitere Konzepte sehen so aus, dass auf die Bordnetzbatterie zugunsten eines zweiten DC/DC-Wandlers verzichtet wird. Fällt ein DC/DC-Wandler aus, so ist der zweite DC/DC-Wandler in der Lage die Bordnetzversorgungsspannung bereitzustellen. Fällt die HV-Batterie aus, so kann das Elektrofahrzeug nicht betrieben werden, ein Hybridfahrzeug könnte jedoch mit der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Zukünftig werden jedoch neue Technologien von Lithium-Batterien bestehend aus Festkörperelektrolyten (PLIT) eingesetzt. Sie haben eine höhere Energiedichte. Deren chemische Bestandteile sind hochaktiv und werden bei Temperaturen beispielsweise oberhalb von 70° C betrieben (Mitteltemperaturbatterien). Die Mitteltemperaturbatterien (Mid-T) haben bei niedrigen Temperaturen einen hohen elektrischen Innenwiderstand, d.h. in diesem Temperaturbereich können sie nicht betrieben werden. Die in Fahrzeugen eingesetzten Batteriesysteme müssen auch bei niedrigen Temperaturen einsatzbereit sein. Bei niedrigen Temperaturen sind sie in ihrem Leistungsverhalten jedoch eingeschränkt (Performance-Einbußen). Dies gilt sowohl für den Ladevorgang als auch für den Entladevorgang. Bei tiefen Temperaturen können sie keinen Strom liefern, was dazu führt, dass Konzepte mit einem oder zwei DC/DC-Wandlern anstelle einer Bordnetzbatterie nicht zielführend sind. Somit führt an einer Bordnetzbatterie kein Weg vorbei. Damit versorgt die HV-Batterie die Leistungselektronik und die Bordnetzbatterie die oben genannten Kleinverbraucher.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es kann als eine Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, ein fehlertolerantes Bordnetzversorgungsmodul bereitzustellen, welches redundant aufgebaut ist und die sicherheitsrelevanten Anforderungen erfüllt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Bordnetzversorgungsmodul bereitgestellt umfassend: einen Hochvoltbatterie-Eingang mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol, einen ersten Bordnetzspannungs-Ausgang mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol, einen zweiten Bordnetzspannungs-Ausgang mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol, einen ersten DC/DC-Wandler zum Wandeln einer Hochvoltbatteriespannung in eine erste Bordnetzspannung, einen zweiten DC/DC-Wandler zum Wandeln der ersten Bordnetzspannung in eine zweite Bordnetzspannung, einen ersten Bordnetzbatterieanschluss mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol, einen zweiten Bordnetzbatterieanschluss mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol, wobei der erste Pol und der zweite Pol des Hochvoltbatterie-Eingangs mit einem Eingang des ersten DC/DC-Wandlers verbunden ist, wobei der Eingang des zweiten DC/DC-Wandlers mit einem Ausgang des ersten DC/DC-Wandlers verbunden ist, wobei der erste Pol und der zweite Pol des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs mit dem Ausgang des ersten DC/DC-Wandlers verbunden ist, wobei der erste Pol und der zweite Pol des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs mit einem Ausgang des zweiten DC/DC-Wandlers verbunden ist, wobei der erste Pol des ersten Bordnetzbatterieanschlusses über einen ersten Schalter mit dem ersten Pol des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist und der zweite Pol des ersten Bordnetzbatterieanschlusses mit dem zweiten Pol des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist, wobei der erste Schalter einen ersten Ansteuerungsanschluss aufweist und ausgeführt ist, um durch einen an den ersten Ansteuerungsanschluss anzuschließenden Schaltersteuerungsschaltkreis auf der Grundlage eines ermittelten Parameters wenigstens einer an den Hochvoltbatterie-Eingang anzuschließenden Hochvoltbatterie und einer an den ersten Bordnetzbatterieanschluss anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie zum Öffnen bzw. Schließen angesteuert zu werden, wobei der erste Pol des zweiten Bordnetzbatterieanschlusses über einen zweiten Schalter mit dem ersten Pol des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist und der zweite Pol des zweiten Bordnetzbatterieanschlusses mit dem zweiten Pol des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist, wobei der zweite Schalter einen zweiten Ansteuerungsanschluss aufweist und ausgeführt ist, um durch einen an den zweiten Ansteuerungsanschluss anzuschließenden Schaltersteuerungsschaltkreis auf der Grundlage eines ermittelten Parameters wenigstens einer an den Hochvoltbatterie-Eingang anzuschließenden Hochvoltbatterie und einer an den zweiten Bordnetzbatterieanschluss anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie zum Öffnen bzw. Schließen angesteuert zu werden.
  • Auf diese Weise kann wahlweise einem der Bordnetzspannungs-Ausgänge jeweils eine Bordnetzspannung bereitgestellt werden, die jeweils entweder aus der Hochvoltbatterie über einen der beiden DC/DC-Wandler oder von einer der beiden anzuschließenden Bordnetzbatterien bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bordnetzversorgungsmodul einen Schaltersteuerungsschaltkreis, der ausgeführt ist, um auf der Grundlage eines ermittelten Parameters von wenigstens einer von an den Hochvoltbatterie-Eingang anzuschließenden Hochvoltbatterie und an einen der den Bordnetzbatterieanschlüssen anzuschließenden Bordnetzbatterien wenigstens einen von dem ersten und dem zweiten Schalter zum Öffnen bzw. Schließen anzusteuern.
  • Auf diese Weise kann das Bordnetzversorgungsmodul bereits mit einem Schaltkreis versehen sein, der die wahlweise Zu- und Abschaltung wenigstens einer der ersten und der zweiten Bordnetzbatterie über wenigstens einen von dem ersten und dem zweiten Schalter vornimmt. Der Schaltersteuerungsschaltkreis kann für beide Schalteransteuerungen der gleiche sein. Es kann jedoch auch für jeden Schalter ein separater Schaltersteuerungsschaltkreis vorgesehen sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bordnetzversorgungsmodul einen Temperaturüberwachungsschaltkreis zur Temperaturüberwachung einer anzuschließenden Hochvoltbatterie, wobei der Schaltersteuerungsschaltkreis ausgeführt ist wenigstes einen von dem ersten und dem zweiten Schalter zum Zu- und Abschalten der jeweiligen Bordnetzbatterie auf der Grundlage einer vom Temperaturüberwachungsschaltkreis ermittelten Temperatur der anzuschließenden Hochvoltbatterie anzusteuern.
  • Auf diese Weise kann der zuständige Schaltersteuerungsschaltkreis auf der Grundlage der Temperatur der Hochvoltbatterie die jeweilige Bordnetzbatterie dann zuschalten, wenn die Hochvoltbatterie ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bordnetzversorgungsmodul einen Spannungsüberwachungsschaltkreis zur Spannungsüberwachung am Ausgang wenigstens eines des ersten und des zweiten DC/DC-Wandlers, wobei der Schaltersteuerungsschaltkreis ausgelegt ist, den ersten bzw. zweiten Schalter zum Zu- und Abschalten der jeweiligen Bordnetzbatterie auf der Grundlage einer vom Spannungsüberwachungsschaltkreis ermittelten Spannung am Ausgang wenigstens eines des ersten und des zweiten DC/DC-Wandlers zu schalten.
  • Auf diese Weise kann die Spannung an den DC/DC-Wandlern überwacht werden, um zu detektieren, ob eine Spannung am Ausgang des jeweiligen DC/DC-Wandlers zur Verfügung steht. Die Ursache für eine fehlende Spannung am Ausgang des DC/DC-Wandlers kann sein, dass der jeweilige DC/DC-Wandler defekt ist oder dass die Hochvoltbatterie keine Spannung zur Verfügung stellt, entweder, weil diese defekt ist oder ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat. Die Differenzierung eines Defektes kann über die Spannungsüberwachung erflogen. Wenn am Ausgang von beiden DC/DC-Wandlern keine Spannung anliegt, so liegt die Ursache wahrscheinlich eher bei der Hochvoltbatterie.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Bordnetzversorgungsmodul einen Ladezustandsüberwachungsschaltkreis zur Überwachung eines Ladezustandes wenigstens einer von der ersten und der zweiten anzuschließenden Bordnetzbatterie und/oder einer anzuschließenden Hochvoltbatterie auf, wobei der Schaltersteuerungsschaltkreis ausgeführt ist, um wenigstens einen des ersten und des zweiten Schalters in Abhängigkeit eines vom Ladezustandsüberwachungsschaltkreis ermittelten Ladezustandes einer der anzuschließenden Bordnetzbatterien bzw. Hochvoltbatterie anzusteuern.
  • Auf diese Weise kann überwacht werden, ob die Hochvoltbatterie bereits eine ausreichende Spannung zur Verfügung stellt und/oder die jeweilige Bordnetzbatterie eine ausreichende Spannung aufweist. Sollte die Spannung der Hochvoltbatterie nicht ausreichen, so können die Bordnetzbatterien zugeschaltet werden. Sollte die Spannung der Bordnetzbatterien unter einem vorgebbaren Schwellwert liegen, so kann der jeweilige Schalter ebenfalls geschlossen werden, um die jeweilige Bordnetzbatterie durch die von der Hochvoltbatterie zur Verfügung gestellte Energie wieder aufzuladen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Versorgungsmodul wenigstens eine von an dem ersten Bordnetzbatterieanschluss angeschlossene erste Bordnetzbatterie mit einem Zellenüberwachungsschaltkreis und eine an dem zweiten Bordnetzbatterieanschluss angeschlossene zweite Bordnetzbatterie mit einem Zellenüberwachungsschaltkreis auf, wobei die jeweilige Bordnetzbatterie eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen aufweist, wobei der jeweilige Zellenüberwachungsschaltkreis ausgeführt ist, um Messparameter von den einzelnen in Reihe geschalteten Batteriezellen bzw. der Gesamtheit der in Reihe geschalteten Batteriezellen der jeweiligen Bordnetzbatterie zu ermitteln.
  • Auf diese Weise kann ermittelt werden, welchen Zustand die einzelnen Zellen einer jeweiligen Bordnetzbatterie haben, um auf dieser Grundlage zu ermitteln, in welchem Zustand die gesamte Batterie ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Zellenüberwachungsschaltkreis den Schaltersteuerungsschaltkreis auf.
  • Auf diese Weise kann der Schaltersteuerungsschaltkreis direkt in den Zellenüberwachungsschaltkreis implementiert sein. Für den Fall, dass Bordnetzbatterien verwendet werden, die bereits einen Zellenüberwachungsschaltkreis implementiert haben, ist damit auch der Schaltersteuerungsschaltkreis in ein derartiges Bordnetzbatteriemodul implementiert. Der Schaltersteuerungsschaltkreis kann für beide Schalteransteuerungen der gleiche sein. Es kann jedoch auch für jeden Schalter ein separater Schaltersteuerungsschaltkreis vorgesehen sein, der in den jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreis implementiert sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstes einer von dem Zellenüberwachungsschaltkreis der ersten und der zweiten Bordnetzbatterie einen Beladungsausgleichschaltkreis auf, der ausgeführt ist, um eine gezielte Ladung bzw. Entladung einzelner Batteriezellen zu steuern, um eine gleichmäßige Beladung der Batteriezellen der jeweiligen Bordnetzbatterie zu erreichen.
  • Auf diese Weise kann die Be- und Entladung der einzelnen Batteriezellen gezielt gesteuert werden, um auf diese Weise eine gleichmäßige Beladung der einzelnen Batteriezellen zu erreichen und eine etwaige Zellverschlechterung durch andere Zellen zu kompensieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Bordnetzversorgungsmodul eine Hochvoltbatterie auf, wobei die Hochvoltbatterie einen Hochenergiebatterieteil und einen Hochleistungsbatterieteil aufweist, wobei der Hochenergiebatterieteil und der Hochleistungsbatterieteil in Reihe geschaltet sind, wobei der erste Pol der Hochvoltbatterie an einem ersten Pol des Hochleistungsbatterieteils und der zweite Pol der Hochvoltbatterie an einem zweiten Pol des Hochleistungsbatterieteils vorgesehen ist, wobei der erste Pol und der zweite Pol der Hochvoltbatterie an dem Hochvoltbatterieanschluss des Bordnetzversorgungsmoduls angeschlossen ist.
  • Auf diese Weise kann die Energieversorgung für das Bordnetz aus einem speziell dafür vorgesehenen Teil der Hochvoltbatterie, nämlich dem Hochleistungsbatterieteil gespeist werden. Darüber hinaus ist die nur über dem Hochleistungsbatterieteil abfallende Spannung geringer, so dass nur ein geringerer Isolationspegel eingehalten werden muss.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Bordnetzspannung höher als die zweite Bordnetzspannung, insbesondere ist die erste Bordnetzspannung eine 48V Bordnetzspannung und die zweite Bordnetzspannung eine 12V Bordnetzspannung.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Zu- und Abschaltung einer Bordnetzbatterie in einem Bordnetzversorgungsmodul bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Schließen des ersten Schalters, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: eine Temperatur einer anzuschließenden Hochvoltbatterie ist unterhalb oder oberhalb eines vorgebbaren Betriebsbereiches, der erste DC/DC-Wandler ist defekt, ein Spannungspegel einer anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie ist unterhalb eines vorgebbaren ersten Schwellwertes; und Schließen des zweiten Schalters, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: eine Temperatur einer anzuschließenden Hochvoltbatterie ist unterhalb oder oberhalb eines vorgebbaren Betriebsbereiches, der zweite DC/DC-Wandler ist defekt, ein Spannungspegel einer anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie ist unterhalb eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
  • Figurenliste
  • Es zeigt:
    • 1 ein Bordnetzversorgungsmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 ein Bordnetzversorgungsmodul mit angeschlossenen Bordnetzbatterien gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 3 eine weitere Ausführungsform eines Bordnetzversorgungsmoduls, mit optionalen weiteren Komponenten, wobei das Bordnetzversorgungsmodul aus einer weiteren Ausführungsform einer Hochvoltbatterie gespeist wird.
  • 1 zeigt ein Bordnetzversorgungsmodul 1 mit einem darin vorgesehenen ersten DC/DC-Wandler 30 und zweiten DC/DC-Wandler 40. Der erste DC/DC-Wandler 30 hat einen Eingang mit einem ersten Pol 31 und einen zweiten Pol 32. Ferner hat der erste DC/DC-Wandler 30 einen Ausgang mit einem ersten Pol 33 und einen zweiten Pol 34. Der zweite DC/DC-Wandler 40 hat einen Eingang mit einem ersten Pol 41 und einen zweiten Pol 42. Ferner hat der zweite DC/DC-Wandler 40 einen Ausgang mit einem ersten Pol 43 und einen zweiten Pol 44. An den Eingang des ersten DC/DC-Wandlers 30 ist über einen ersten Pol 21 und einen zweiten Pol 22 des Bordnetzversorgungsmoduls eine Hochvoltbatterie 10 anschließbar, wobei ein erster Pol 11 der Hochvoltbatterie 10 mit dem ersten Pol 21 des Bordnetzversorgungsmoduls verbindbar ist und ein zweiter Pol 12 der Hochvoltbatterie 10 mit dem zweiten Pol 22 des Bordnetzversorgungsmoduls verbindbar ist. Der Ausgang 33, 34 des ersten DC/DC-Wandlers 30 ist mit einem ersten Pol 23 und einem zweiten Pol 24 des ersten Bordnetzanschlusses verbunden. An den Eingang des zweiten DC/DC-Wandlers 40 ist der Ausgang 33, 34 des ersten DC/DC-Wandlers 30 angeschlossen. Der Ausgang 43, 44 des zweiten DC/DC-Wandlers 40 ist mit einem ersten Pol 25 und einem zweiten Pol 26 des zweiten Bordnetzanschlusses verbunden.
  • Das Bordnetzversorgungsmodul 1 weist ferner einen ersten Schalter 70 auf, der mit einem ersten Ansteuerungsanschluss 71 vorgesehen ist und einen zweiten Schalter 90 auf, der mit einem zweiten Ansteuerungsanschluss 91 vorgesehen ist. Der erste Pol 33 des ersten DC/DC-Wandlers 30 ist über den ersten Schalter 70 mit einem ersten Pol 61 eines Anschlusses einer ersten Bordnetzbatterie 60 verbunden. Der zweite Pol 34 des ersten DC/DC-Wandlers 30 ist mit dem zweiten Pol 62 des Anschlusses der anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie 60 verbunden. Der erste Pol 43 des zweiten DC/DC-Wandlers 40 ist über den zweiten Schalter 90 mit einem ersten Pol 81 eines Anschlusses einer zweiten Bordnetzbatterie 80 verbunden. Der zweite Pol 44 des zweiten DC/DC-Wandlers 40 ist mit dem zweiten Pol 82 des Anschlusses der anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie 80 verbunden.
  • 2 unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass an den ersten Pol 61 und den zweiten Pol 62 des Anschlusses der ersten Bordnetzbatterie eine erste Bordnetzbatterie 60 angeschlossen ist, und dass an den ersten Pol 81 und den zweiten Pol 82 des Anschlusses der zweiten Bordnetzbatterie eine zweite Bordnetzbatterie 80 angeschlossen ist. Es kann auch optional nur eine von der ersten und der zweiten Bordnetzbatterie angeschlossen und Bestandteil des Bordnetzversorgungsmoduls 1 sein. Die jeweilige Bordnetzbatterie 60, 80 weist dabei eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen 66, 86 auf, die zwischen jeweils den ersten Pol 61 bzw. 81 und den zweiten Pol 62 bzw. 82 des Anschlusses der jeweiligen Bordnetzbatterie 60, 80 angeschlossen sind. Darüber hinaus weist die jeweilige Bordnetzbatterie einen Zellenüberwachungsschaltkreis 64 bzw. 84 auf, in den in der in 2 gezeigten Ausführungsform ein Schaltersteuerungsschaltkreis 63 bzw. 83 implementiert ist, der über den ersten Ansteuerungsanschluss 71 den ersten Schalter 70 bzw. über den zweiten Ansteuerungsanschluss 91 den zweiten Schalter 90 ansteuern kann.
  • 3 unterscheidet sich von der 2 dahingehend, dass eine alternative Ausführungsform einer Hochvoltbatterie verwendet wird. Die in 3 gezeigte Hochvoltbatterie 10 besteht aus einem Hochleistungsteil U_HP, der mit einem Hochenergieteil U_HE in Reihe geschaltet ist. Die Eingangsspannung für den ersten DC/DC-Wandler 30 wird dabei über lediglich den Hochleistungsteil U_HP abgegriffen, der den ersten Pol 11 sowie den zweiten Pol 12 der Hochvoltbatterie 10 aufweist. Auf diese Weise genügt ein geringerer Isolationspegel, da der Hochleistungsteil U_HP der Hochvoltbatterie 10 einen wesentlich geringeren Spannungspegel aufweist als die gesamte Hochvoltbatterie. Der Hochleistungsteil U_HP dient dabei zur Bereitstellung der Energie für die Versorgung des Bordnetzes, während die Gesamtheit der Hochvoltbatterie, nämlich der Hochleistungsteil U_HP und der in Reihe geschaltete Hochenergieteil U_HE für die Versorgung der Leistungsmodule für den Antrieb des Elektrofahrzeugs dient.
  • 3 unterscheidet sich unabhängig von der alternativen Ausführungsform der Hochvoltbatterie auch durch zusätzliche Parametererfassungsbauteile, die zusätzlich gegenüber der Ausführungsform der 2 vorgesehen sind. Dabei ist ein Spannungsüberwachungsschaltkreis 37, 47 für den ersten DC/DC-Wandler 30 bzw. den zweiten DC/DC-Wandler 40 vorgesehen, der eine Spannung des jeweiligen DC/DC-Wandlers 30, 40 überwacht. Ferner ist ein Temperaturüberwachungsschaltkreis 18 und/oder ein Ladezustandsüberwachungsschaltkreis 19 für die Hochvoltbatterie 10 vorgesehen, um die Temperatur bzw. den Ladezustand der Hochvoltbatterie 10 zu überwachen.
  • Ferner ist ein Temperaturüberwachungsschaltkreis 68, 88 und/oder ein Ladezustandsüberwachungsschaltkreis 69, 89 für die erste bzw. zweite Bordnetzbatterie 60, 80 vorgesehen, um eine Temperatur bzw. einen Ladezustand der jeweiligen Bordnetzbatterie 60, 80 zu überwachen. Die überwachten Parameter können dann über beispielsweise eine Busleitung an den Schaltersteuerungsschaltkreis 50 weitergegeben werden, der auf dieser Grundlage über den ersten Ansteuerungsanschluss 71 den ersten Schalter 70, bzw. über den zweiten Ansteuerungsanschluss 91 den zweiten Schalter 90 ansteuert.
  • Es sei dabei verstanden, dass alternativ zu der in 2 gezeigten Integrierung eines Schaltersteuerungsschaltkreises 63 bzw. 83 zur Ansteuerung des ersten Schalters 70 bzw. zweiten Schalters 90 dieser Schaltersteuerungsschaltkreis 50 auch außerhalb des jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreises vorgesehen sein kann. Unabhängig davon, ob der Schaltersteuerungsschaltkreis 50 außerhalb des jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreises 64, 84 angeordnet ist, wie in 3, oder ob der Schaltersteuerungsschaltkreis 63, 83 innerhalb des jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreises 64, 84 angeordnet ist, kann in dem jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreis 64, 84 ferner ein Beladungsausgleichsschaltkreis 65 bzw. 85 vorgesehen sein, der für eine gleichmäßige Be- und Entladung der einzelnen Batteriezellen 66, 86 der jeweiligen Bordnetzbatterie 60, 80 sorgt. Es sei verstanden, dass die unterschiedlichen Komponenten zur Erfassung und Ermittlung von Parametern alternativ oder zugleich vorgesehen sein können und dass diese Komponenten separat oder integriert in den jeweiligen Zellenüberwachungsschaltkreis 64, 84 implementiert sein können, auch wenn das nicht in den Figuren dargestellt ist.

Claims (11)

  1. Bordnetzversorgungsmodul umfassend: ein Hochvoltbatterie-Eingang mit einem ersten Pol (21) und einem zweiten Pol (22); einen ersten Bordnetzspannungs-Ausgang mit einem ersten Pol (23) und einem zweiten Pol (24); einen zweiten Bordnetzspannungs-Ausgang mit einem ersten Pol (25) und einem zweiten Pol (26); einen ersten DC/DC-Wandler (30) zum Wandeln einer Hochvoltbatteriespannung in eine erste Bordnetzspannung; einen zweiten DC/DC-Wandler (40) zum Wandeln der ersten Bordnetzspannung in eine zweite Bordnetzspannung; einen ersten Bordnetzbatterieanschluss mit einem ersten Pol (61) und einem zweiten Pol (62); einen zweiten Bordnetzbatterieanschluss mit einem ersten Pol (81) und einem zweiten Pol (82); wobei der erste Pol (21) und der zweite Pol (22) des Hochvoltbatterie-Eingangs mit einem Eingang (31, 32) des ersten DC/DC-Wandlers (30) verbunden ist; wobei der Eingang (41, 42) des zweiten DC/DC-Wandlers (40) mit einem Ausgang (33, 34) des ersten DC/DC-Wandlers (30) verbunden ist, wobei der erste Pol (23) und der zweite Pol (24) des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs mit dem Ausgang (33, 34) des ersten DC/DC-Wandlers (30) verbunden ist; wobei der erste Pol (25) und der zweite Pol (26) des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs mit einem Ausgang (43, 44) des zweiten DC/DC-Wandlers (40) verbunden ist; wobei der erste Pol (61) des ersten Bordnetzbatterieanschlusses über einen ersten Schalter (70) mit dem ersten Pol (23) des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist und der zweite Pol (62) des ersten Bordnetzbatterieanschlusses mit dem zweiten Pol (24) des ersten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist, wobei der erste Schalter (70) einen ersten Ansteuerungsanschluss (71) aufweist und ausgeführt ist, um durch einen an den ersten Ansteuerungsanschluss (71) anzuschließenden Schaltersteuerungsschaltkreis auf der Grundlage eines ermittelten Parameters wenigstens einer an den Hochvoltbatterie-Eingang (21, 22) anzuschließenden Hochvoltbatterie und einer an den ersten Bordnetzbatterieanschluss (61, 62) anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie zum Öffnen bzw. Schließen angesteuert zu werden, wobei der erste Pol (81) des zweiten Bordnetzbatterieanschlusses über einen zweiten Schalter (90) mit dem ersten Pol (25) des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist und der zweite Pol (82) des zweiten Bordnetzbatterieanschlusses mit dem zweiten Pol (26) des zweiten Bordnetzspannungs-Ausgangs verbunden ist, wobei der zweite Schalter (90) einen zweiten Ansteuerungsanschluss (91) aufweist und ausgeführt ist, um durch einen an den zweiten Ansteuerungsanschluss (91) anzuschließenden Schaltersteuerungsschaltkreis auf der Grundlage eines ermittelten Parameters wenigstens einer an den Hochvoltbatterie-Eingang (21, 22) anzuschließenden Hochvoltbatterie und einer an den zweiten Bordnetzbatterieanschluss (81, 82) anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie zum Öffnen bzw. Schließen angesteuert zu werden.
  2. Bordnetzversorgungsmodul gemäß Anspruch 1, wobei das Bordnetzversorgungsmodul (1) wenigstens einen Schaltersteuerungsschaltkreis (50, 63, 83) umfasst, der ausgeführt ist, um auf der Grundlage eines ermittelten Parameters von wenigstens einer von an den Hochvoltbatterie-Eingang (21, 22) anzuschließenden Hochvoltbatterie, an den ersten Bordnetzbatterieanschluss (61, 62) anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie und an den zweiten Bordnetzbatterieanschluss (81, 82) anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie wenigstens einen von dem ersten Schalter (70) und dem zweiten Schalter (90) zum Öffnen bzw. Schließen anzusteuern.
  3. Bordnetzversorgungsmodul gemäß Anspruch 2, wobei das Bordnetzversorgungsmodul (1) umfasst: einen Temperaturüberwachungsschaltkreis (18) zur Temperaturüberwachung einer anzuschließenden Hochvoltbatterie; wobei der wenigstens einen Schaltersteuerungsschaltkreis (50, 63, 83) ausgeführt ist wenigstens einen von dem ersten Schalter (70) und dem zweiten Schalter (90) zum Zu- und Abschalten der ersten bzw. zweiten Bordnetzspannungsbatterie auf der Grundlage einer vom Temperaturüberwachungsschaltkreis (18) ermittelten Temperatur der anzuschließenden Hochvoltbatterie anzusteuern.
  4. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das Bordnetzversorgungsmodul umfasst: wenigstens einen von einem ersten Spannungsüberwachungsschaltkreis (37) zur Spannungsüberwachung am Ausgang (33, 34) des ersten DC/DC-Wandlers (30) und einem zweiten Spannungsüberwachungsschaltkreis (47) zur Spannungsüberwachung am Ausgang (43, 44) des zweiten DC/DC-Wandlers (40); wobei der wenigstens eine Schaltersteuerungsschaltkreis (50, 63, 83) ausgeführt ist wenigstens einen von dem ersten Schalter (70) und dem zweiten Schalter (90) zum Zu- und Abschalten der ersten bzw. zweiten Bordnetzspannungsbatterie auf der Grundlage einer vom ersten bzw. zweiten Spannungsüberwachungsschaltkreis (37, 47) ermittelten Spannung am Ausgang (33, 34) des ersten DC/DC-Wandlers (30) bzw. am Ausgang (43, 44) des zweiten DC/DC-Wandlers (40) anzusteuern.
  5. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Bordnetzversorgungsmodul (1) wenigstens einen von einem ersten und einem zweiten Ladezustandsüberwachungsschaltkreis (19, 69, 89) zur Überwachung eines Ladezustandes einer anzuschließenden ersten bzw. zweiten Bordnetzbatterie und/oder einer anzuschließenden Hochvoltbatterie aufweist, wobei der wenigstens eine Schaltersteuerungsschaltkreis (50, 63, 83) ausgeführt ist, um wenigstens einen von dem ersten Schalter (70) und dem zweiten Schalter (90) in Abhängigkeit eines von dem wenigstens einen Ladezustandsüberwachungsschaltkreis (19, 69, 89) ermittelten Ladezustandes einer anzuschließenden ersten bzw. zweiten Bordnetzbatterie bzw. Hochvoltbatterie anzusteuern.
  6. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bordnetzversorgungsmodul (1) eine an den ersten Bordnetzbatterieanschluss (61, 62) angeschlossene erste Bordnetzbatterie (60) mit einem ersten Zellenüberwachungsschaltkreis (64) und eine an den zweiten Bordnetzbatterieanschluss (81, 82) angeschlossene zweite Bordnetzbatterie (80) mit einem zweiten Zellenüberwachungsschaltkreis (84) aufweist, wobei die erste Bordnetzbatterie (60) und die zweite Bordnetzbatterie (80) jeweils eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (66, 86) aufweist, wobei der erste Zellenüberwachungsschaltkreis (64) ausgeführt ist, um Messparameter von den einzelnen in Reihe geschalteten Batteriezellen (66) bzw. der Gesamtheit der in Reihe geschalteten Batteriezellen (66) der ersten Bordnetzbatterie (60) zu ermitteln, wobei der zweite Zellenüberwachungsschaltkreis (84) ausgeführt ist, um Messparameter von den einzelnen in Reihe geschalteten Batteriezellen (86) bzw. der Gesamtheit der in Reihe geschalteten Batteriezellen (86) der zweiten Bordnetzbatterie (80) zu ermitteln.
  7. Bordnetzversorgungsmodul gemäß Anspruch 6, wobei wenigstens einer von dem ersten Zellenüberwachungsschaltkreis (64) und dem zweiten Zellenüberwachungsschaltkreis (84) jeweils einen der Schaltersteuerungsschaltkreise (63, 83) aufweist.
  8. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei wenigstens einer von dem ersten Zellenüberwachungsschaltkreis (64) und dem zweiten Zellenüberwachungsschaltkreis (84) einen ersten bzw. zweiten Beladungsausgleichsschaltkreis (65, 85) aufweist, der ausgeführt ist, um eine gezielte Ladung bzw. Entladung einzelner Batteriezellen (66, 86) der ersten bzw. zweiten Bordnetzbatterie (60, 80) zu steuern, um eine gleichmäßige Beladung der Batteriezellen (66, 86) zu erreichen.
  9. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bordnetzversorgungsmodul (1) eine Hochvoltbatterie (10) aufweist, wobei die Hochvoltbatterie einen Hochenergiebatterieteil (13) und einen Hochleistungsbatterieteil (14) aufweist, wobei der Hochenergiebatterieteil (13) und der Hochleistungsbatterieteil (14) in Reihe geschaltet sind, wobei der erste Pol (11) der Hochvoltbatterie (10) an einem ersten Pol des Hochleistungsbatterieteils (14) und der zweite Pol (12) der Hochvoltbatterie (10) an einem zweiten Pol des Hochleistungsbatterieteils (14) vorgesehen ist, wobei der erste Pol (11) und der zweite Pol (12) der Hochvoltbatterie (10) an dem Hochvoltbatterieanschluss (21, 22) des Bordnetzversorgungsmoduls (1) angeschlossen ist.
  10. Bordnetzversorgungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Bordnetzspannung höher als die zweite Bordnetzspannung ist, insbesondere die erste Bordnetzspannung eine 48V Bordnetzspannung und die zweite Bordnetzspannung eine 12V Bordnetzspannung ist.
  11. Verfahren zur Steuerung einer Zu- und Abschaltung einer ersten und einer zweiten Bordnetzbatterie (60, 80) in einem Bordnetzversorgungsmodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eines Fahrzeuges mit elektrischem Antriebsstrang, wobei das Verfahren aufweist: Schließen des ersten Schalters (70), wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - eine Temperatur einer anzuschließenden Hochvoltbatterie (10) ist unterhalb oder oberhalb eines vorgebbaren Betriebsbereiches; - der erste DC/DC-Wandler (30) ist defekt; - ein Spannungspegel einer anzuschließenden ersten Bordnetzbatterie (60) ist unterhalb eines vorgebbaren ersten Schwellwertes. Schließen des zweiten Schalters (90), wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - eine Temperatur einer anzuschließenden Hochvoltbatterie (10) ist unterhalb oder oberhalb eines vorgebbaren Betriebsbereiches; - der zweite DC/DC-Wandler (40) ist defekt; - ein Spannungspegel einer anzuschließenden zweiten Bordnetzbatterie (80) ist unterhalb eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes.
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