DE102018216491B3 - Vehicle electrical system, motor vehicle and method for operating an electrical system - Google Patents

Vehicle electrical system, motor vehicle and method for operating an electrical system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz (12) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein erstes und ein zweites Teilnetz (44, 46), eine an das erste Teilnetz (44) angeschlossene erste Verbrauchergruppe (50) mit mindestens einem ersten Verbraucher (50), eine an das zweite Teilnetz (46) angeschlossene zweite Verbrauchergruppe (48) mit einem Sicherheitsverbraucher (48), eine Schaltereinrichtung (52), die in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz (44) vom zweiten Teilnetz (46) elektrisch trennt, und eine Energiequelle (54, 32), die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung (52) getrenntem ersten und zweiten Teilnetz (44, 46) zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe (48) ausgelegt ist. Dabei ist dem mindestens einen ersten Verbraucher (50) eine Überstromschutzeinrichtung (58) zugeordnet, die bei einem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher (50) vom ersten Teilnetz (44) trennt, wobei die Schaltereinrichtung (52) bei Vorliegen eines sicheren Fahrzustands das erste Teilnetz (44) mit dem zweiten Teilnetz (46) nach deren Trennung wieder elektrisch verbindet.The invention relates to an electrical system (12) for a motor vehicle, comprising a first and a second subnet (44, 46), a first consumer group (50) with at least one first consumer (50) connected to the first subnet (44) the second sub-network (46) is connected to a second consumer group (48) with a safety consumer (48), a switch device (52) which electrically isolates the first sub-network (44) from the second sub-network (46) in the event of a predetermined fault being detected, and an energy source ( 54, 32), which is designed to supply the second consumer group (48) at least when the first and second subnetworks (44, 46) are separated by the switch device (52). In this case, the at least one first consumer (50) is assigned an overcurrent protection device (58) which, in the event of a predetermined overcurrent, separates the at least one first consumer (50) from the first subnet (44), the switch device (52) providing this in the presence of a safe driving state electrically connects the first subnetwork (44) to the second subnetwork (46) after their separation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz aufweist, wobei das erste und das zweite Teilnetz in einem betriebsgemäßen Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Weiterhin weist das Bordnetz eine erste Verbrauchergruppe mit mindestens einem ersten Verbraucher auf, wobei die erste Verbrauchergruppe elektrisch an das erste Teilnetz angeschlossen ist. Weiterhin weist das Bordnetz eine zweite Verbrauchergruppe mit mindestens einem Sicherheitsverbraucher auf, wobei die zweite Verbrauchergruppe elektrisch an das zweite Teilnetz angeschlossen ist. Zudem umfasst das Bordnetz eine Schaltereinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennt, und eine zumindest an das zweite Teilnetz angeschlossene erste Energiequelle, die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung getrenntem ersten und zweiten Teilnetz zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe ausgelegt ist. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to an electrical system for a motor vehicle, the electrical system having a first sub-network and a second sub-network, the first and the second sub-network being electrically connected to one another in an operational state. Furthermore, the vehicle electrical system has a first consumer group with at least one first consumer, the first consumer group being electrically connected to the first sub-network. Furthermore, the vehicle electrical system has a second consumer group with at least one security consumer, the second consumer group being electrically connected to the second sub-network. In addition, the on-board electrical system comprises a switch device that is set up in such a way that, in the event of a predetermined fault being detected, it electrically separates the first sub-network from the second sub-network, and a first energy source connected at least to the second sub-network, which at least in the first and second sub-networks separated by the switch device is designed to supply the second consumer group. The invention also includes a motor vehicle with an electrical system and a method for operating an electrical system of a motor vehicle.

Bei zukünftigen Fahrzeugen verschärfen sich aufgrund Anwendung von Sicherheitsnormen (z.B. ISO 26262) die Anforderungen an die Energieversorgung und deren Robustheit. Noch höher sind die Anforderungen an das Bordnetz für das hochautomatisierte Fahren. Versorgungskonzepte für sicherheitsrelevante Verbraucher sind beispielsweise in der DE 10 2016 112 764 A1 und der DE 10 2005 042 665 A1 beschreiben. Auch die DE 10 2005 056 962 A1 beschäftigt sich mit dem Betrieb eine redundanten elektrischen Netzes.In future vehicles, the requirements for energy supply and its robustness will be tightened due to the application of safety standards (e.g. ISO 26262). The requirements for the electrical system for highly automated driving are even higher. Supply concepts for safety-relevant consumers are, for example, in the DE 10 2016 112 764 A1 and the DE 10 2005 042 665 A1 describe. Also the DE 10 2005 056 962 A1 deals with the operation of a redundant electrical network.

Aus der DE 10 2016 121 447 A1 ist eine Vorrichtung zum Absichern von wenigstens einer Bordnetz-Komponente eines Fahrzeug-Bordnetzes bekannt.From the DE 10 2016 121 447 A1 a device for securing at least one vehicle electrical system component of a vehicle electrical system is known.

Aus der DE 10 2012 021 558 A1 ist ein Verfahren zum Steuern und Auslesen einer Sicherungseinheit eines Fahrzeugs bekannt, wobei die Sicherungseinheit mehrere Sicherungselemente umfasst, die jeweils einem elektrischen Bauteil des Fahrzeugs zugeordnet sind.From the DE 10 2012 021 558 A1 A method for controlling and reading out a fuse unit of a vehicle is known, the fuse unit comprising a plurality of fuse elements, each of which is assigned to an electrical component of the vehicle.

Aus der DE 10 2007 027 498 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zur variablen Schaltung von Energiespeichern bekannt.From the DE 10 2007 027 498 A1 A circuit arrangement for an electrical system of a motor vehicle for variable switching of energy stores is known.

Um die Energieversorgung von sicherheitsrelevanten Verbrauchern bzw. Sicherheitsverbrauchern auch im Fehlerfall sicherzustellen, wird diese üblicherweise redundant ausgelegt. Ein weiteres, insbesondere zusätzliches Sicherheitskonzept besteht darin, eine Trennmöglichkeit zwischen den Sicherheitsverbrauchern und den nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern vorzusehen, sodass im Falle eines detektierten Defekts, wie zum Beispiel eines Kurzschlusses, die sicherheitsrelevanten Verbrauchern von den übrigen Verbrauchern abgekoppelt werden. Dies verhindert, dass sich Fehler bei den normalen Verbrauchern in irgendeiner Weise auf die Sicherheitsverbraucher auswirken können und zum Beispiel zu einem zumindest temporären Ausfall dieser führen können. Abgekoppelt von den nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern, können die Sicherheitsverbraucher zumindest eine Zeit lang, zum Beispiel über eine Hilfsbatterie als redundante Energieversorgung, weiter betrieben werden, während jedoch die entkoppelten Verbraucher nunmehr dauerhaft abgeschaltet sind. Das Öffnen eines solchen Trennschalters kann also vor einem kurzfristigen Ausfall sicherheitsrelevante Komponenten schützen. Jedoch kommt es trotz dieses Trennschalters unter Umständen zu Liegenbleibern. Ein Beispiel hierfür ist die Abschaltung des Innenraumgebläses, da dieses üblicherweise als nicht sicherheitsrelevant eingestuft wird. Dies führt aber unter Umständen zum Anlaufen der Scheiben, was entsprechend ebenfalls die Weiterfahrt mit dem Fahrzeug verhindert. Zudem gibt es Verbraucher, die zwar temporär, aber ebenfalls nicht dauerhaft abgeschaltet werden können. Ein Beispiel hierfür sind die Türsteuergeräte bzw. wenigstens eine Mindestanzahl an Türsteuergeräten für das Entriegeln und Verlassen des Fahrzeugs. Werden also alle Türsteuergeräte durch Öffnen des Trennschalters im Falle eines Defekts deaktiviert, so kann ein Benutzer sein Kraftfahrzeug auch u.U. nicht mehr abschließen. Ein weiteres Beispiel ist auch die elektrische Aktivierung der Feststellbremse, welche zum sicheren Abstellen des Fahrzeugs erforderlich ist.In order to ensure the energy supply of safety-relevant consumers or safety consumers even in the event of a fault, this is usually designed redundantly. Another, in particular additional, safety concept is to provide a separation option between the safety consumers and the non-safety-relevant consumers, so that in the event of a detected defect, such as a short circuit, the safety-relevant consumers are decoupled from the other consumers. This prevents errors in the normal consumers from having any effect on the security consumers and, for example, at least temporarily causing them to fail. Decoupled from the non-safety-relevant consumers, the safety consumers can continue to be operated at least for a time, for example via an auxiliary battery as redundant energy supply, but the decoupled consumers are now permanently switched off. Opening such a circuit breaker can therefore protect safety-relevant components from a short-term failure. However, in spite of this disconnector, there may be stops. An example of this is the shutdown of the interior fan, since this is usually classified as not relevant to safety. Under certain circumstances, however, this leads to the windows starting up, which accordingly likewise prevents the vehicle from continuing to travel. There are also consumers who can be switched off temporarily, but also not permanently. An example of this are the door control units or at least a minimum number of door control units for unlocking and leaving the vehicle. If all door control units are deactivated by opening the disconnector in the event of a defect, a user may also be able to drive his motor vehicle. no longer complete. Another example is the electrical activation of the parking brake, which is required to safely park the vehicle.

Zwar könnten auch derartige Verbraucher dem sicherheitsrelevanten Zweig zugeordnet werden, welcher nicht abgeschaltet werden darf, d.h. der zweiten Verbrauchergruppe mit dem mindestens einen Sicherheitsverbraucher zugeordnet sein. Die Anforderungen, die derartige Sicherheitsverbraucher in Bezug auf Sicherheit erfüllen müssen, sind jedoch deutlich höher, gerade hinsichtlich des Verhinderung eines Kurzschlusses gemäß dem maximalen ASIL (Automotive Safety Integrity Level). Dadurch gestalten sich solche Sicherheitsverbraucher hinsichtlich ihrer Sicherheitsauslegung u.U. kostspielig.Such consumers could also be assigned to the safety-relevant branch, which must not be switched off, i.e. be assigned to the second consumer group with the at least one security consumer. However, the requirements that such safety consumers have to meet with regard to safety are significantly higher, especially with regard to preventing a short circuit in accordance with the maximum ASIL (Automotive Safety Integrity Level). As a result, such security consumers may be designed with regard to their security design. expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bordnetz, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Ausfallsicherheit auch nicht sicherheitsrelevanter Verbraucher auf möglichst einfache Weise zu erhöhen.The object of the present invention is therefore to provide an on-board electrical system, a motor vehicle and a method for operating an on-board electrical system, which make it possible to increase the reliability of non-safety-relevant consumers in the simplest possible way.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bordnetz, durch ein Kraftfahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. This object is achieved by an electrical system, by a motor vehicle and by a method with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Bordnetz für ein Kraftfahrzeug weist ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz auf, wobei das erste und das zweite Teilnetz in einem betriebsgemäßen Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Weiterhin weist das Bordnetz eine erste Verbrauchergruppe mit mindestens einem ersten Verbraucher auf, wobei die erste Verbrauchergruppe elektrisch an das erste Teilnetz angeschlossen ist, und eine zweite Verbrauchergruppe mit mindestens einem Sicherheitsverbraucher, wobei die zweite Verbrauchergruppe elektrisch an das zweite Teilnetz angeschlossen ist. Darüber hinaus umfasst das Bordnetz eine Schaltereinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennt, und eine zumindest an das zweite Teilnetz angeschlossene erste Energiequelle, die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung getrenntem ersten und zweiten Teilnetz zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe ausgelegt ist. Darüber hinaus ist zumindest dem mindestens einen ersten Verbraucher der ersten Verbrauchergruppe eine Überstromschutzeinrichtung zugeordnet, die dazu ausgelegt ist, bei einem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher vom ersten Teilnetz zu trennen, wobei die Schaltereinrichtung derart eingerichtet ist, dass im detektierten vorbestimmten Fehlerfall, wenn die erste Verbrauchergruppe von der zweiten Verbrauchergruppe mittels der Schaltereinrichtung getrennt ist, unter der Bedingung, dass gemäß zumindest einem vorbestimmten Kriterium ein sicherer Fahrzustand vorliegt, mittels der Schaltereinrichtung das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz wieder elektrisch verbunden wird.An electrical system according to the invention for a motor vehicle has a first subnetwork and a second subnetwork, the first and second subnetworks being electrically connected to one another in an operational state. Furthermore, the vehicle electrical system has a first consumer group with at least one first consumer, the first consumer group being electrically connected to the first sub-network, and a second consumer group with at least one security consumer, the second consumer group being electrically connected to the second sub-network. In addition, the on-board electrical system comprises a switch device that is set up such that it electrically separates the first sub-network from the second sub-network in the event of a detected predetermined fault, and a first energy source connected at least to the second sub-network, which at least with the first and second ones separated by the switch device Subnet is designed to supply the second consumer group. In addition, at least the at least one first consumer of the first consumer group is assigned an overcurrent protection device which is designed to separate the at least one first consumer from the first sub-network in the event of a predetermined overcurrent, the switch device being set up in such a way that in the detected predetermined fault case if the first consumer group is separated from the second consumer group by means of the switch device, on the condition that there is a safe driving state according to at least one predetermined criterion, the first sub-network is electrically connected again to the second sub-network by means of the switch device.

Das zumindest eine Kriterium, gemäß welchem ein sicherer Fahrzustand vorliegt, ist erfüllt, wenn ein aktueller Lenkwinkel kleiner ist als ein vorbestimmter Lenkwinkelgrenzwert. Fährt das Kraftfahrzeug gerade auf einer nahezu geradlinig verlaufenden Strecke ohne viele Kurven, so kann von einer sicheren Fahrsituation ausgegangen werden, d.h. einer Fahrsituation, in welcher selbst ein unverhofft Auftretender Fehler, zum Beispiel ein kurzzeitiges Abschalten der Brems- und/oder Lenkunterstützung, nicht zu einer Gefährdung des Fahrers bzw. der Insassen des Kraftfahrzeugs führen könnte.The at least one criterion, according to which a safe driving state is present, is met if a current steering angle is smaller than a predetermined steering angle limit value. If the motor vehicle is driving straight on an almost straight line without many curves, a safe driving situation can be assumed, i.e. a driving situation in which even an unexpected error, for example a brief switch-off of the braking and / or steering assistance, could not endanger the driver or the occupants of the motor vehicle.

Zusätzlich oder alternativ ist eine Wandlereinrichtung als Energiequelle zum Versorgen des Niedervolt-Bordnetzes, zum Beispiel aus einem Hochvolt- und/oder Mittelvoltbordnetz, vorgesehen. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Bordnetz eine Wandlereinrichtung aufweist, zum Beispiel einen DC/DC-Wandler, die im betriebsgemäßen Zustand das erste und das zweite Teilnetz mit Energie versorgt, wobei die Wandlereinrichtung derart eingerichtet ist, da sie bei Unterschreiten eines vorbestimmten minimalen Ausgangsspannungsgrenzwerts abschaltet, wobei nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall und vor dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes der vorbestimmte minimale Ausgangsspannungsgrenzwert der Wandlereinrichtung erniedrigt wird, zum Beispiel auf einen Wert kleiner 6 Volt gesetzt wird. Wird die Schaltereinrichtung zum Neustart des Systems nach einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall wieder geschlossen, so muss dafür Sorge getragen werden, dass der Stromfluss durch das erste Teilnetz hoch genug ist, um die Überstromschutzeinrichtung der Betroffenen Komponente auslösen zu können. Normalerweise ist dies bereits durch die erste Energiequelle, die den Sicherheitsverbrauchern als redundante Energiequelle zugeordnet ist, gewährleistet. Nichtsdestoweniger ist es dennoch vorteilhaft, zum Beispiel um die Wahrscheinlichkeit für das Auslösen der Überstromschutzeinrichtung der vom Defekt betroffenen Komponente weiter zu erhöhen, auch die Wandlereinrichtung zum Versorgen des ersten Teilnetzes weiterbetreiben zu können. Allerdings schalten eine derartige Wandlereinrichtung, sowie auch andere Komponenten und Steuergeräte, beim Vorliegen einer Unterspannung aus Sicherheitsgründen üblicherweise ab. Zu diesem Zweck wird für eine solche Wandlereinrichtung ein entsprechender Ausgangsspannungsgrenzwert definiert, bei dessen unterschreiten die Wandlereinrichtung abschaltet. Um diese aber dennoch zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung verwenden zu können, d.h. weiter Energie für das erste Teilnetz bereitstellen zu können, ist es entsprechend vorteilhaft, zumindest temporär ein Abschalten der Wandlereinrichtung bei Unterspannung zu verhindern. Dies wird dadurch erreicht, indem vor dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes dieser vorbestimmte minimale Ausgangsspannungsgrenzwert der Wandlereinrichtung erniedrigt wird. Dies führt vorteilhafterweise zur einem noch zuverlässigeren Auslösen der Überstromschutzeinrichtung der vom Defekt betroffenen Komponente.Additionally or alternatively, a converter device is provided as an energy source for supplying the low-voltage electrical system, for example from a high-voltage and / or medium-voltage electrical system. Accordingly, it is a further advantageous embodiment of the invention if the vehicle electrical system has a converter device, for example a DC / DC converter, which supplies the first and the second subnetwork with energy in the operational state, the converter device being set up in such a way that it switches off when the temperature falls below a predetermined minimum output voltage limit value, the predetermined minimum output voltage limit value of the converter device being reduced, for example to a value less than 6 volts, after the detected predetermined fault case and before reconnecting the first and second subnetworks. If the switch device for restarting the system is closed again after a detected predetermined fault, care must be taken to ensure that the current flow through the first sub-network is high enough to be able to trigger the overcurrent protection device of the component concerned. This is normally already ensured by the first energy source, which is assigned to the safety consumers as a redundant energy source. Nevertheless, it is nevertheless advantageous, for example in order to further increase the probability of the overcurrent protection device tripping the component affected by the defect, of also being able to continue operating the converter device for supplying the first subnetwork. However, such a converter device, as well as other components and control devices, usually switch off for safety reasons when an undervoltage is present. For this purpose, a corresponding output voltage limit value is defined for such a converter device, below which the converter device switches off. However, in order to be able to use it to trip the overcurrent protection device, i.e. To be able to provide further energy for the first sub-network, it is correspondingly advantageous to at least temporarily prevent the converter device from being switched off in the event of undervoltage. This is achieved by lowering this predetermined minimum output voltage limit value of the converter device before reconnecting the first and second subnetworks. This advantageously leads to an even more reliable triggering of the overcurrent protection device of the component affected by the defect.

Auch andere Komponenten des Bordnetzes können während dieser Neustartphase in ihren Betriebseigenschaften entsprechend modifiziert werden, um beispielsweise ebenfalls ein Abschalten derartiger Komponenten beim kurzzeitigen Auftreten einer Unterspannung zu verhindern. Insbesondere gilt dies vorzugsweise für alle beteiligten Steuergeräte, zum Beispiel das des DC/DC-Wandlers, das des Trennschalters, für das Steuergerät der 12-Volt-Batterie oder im Allgemeinen das für die erste Energiequelle, sowie für eventuell übergeordnete Steuergeräte für die Wiederinbetriebnahme, für den HV-Speicher, usw. Diese Komponenten bzw. Steuergeräte sind vorzugsweise ebenfalls für die zu erwartenden Minimalspannungen, zumindest temporär, ausgelegt, die bei erneutem Verbinden des ersten und zweiten Teilnetzes nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall zu erwarten sind, sodass die Wiederinbetriebnahme des ersten Teilnetzes durchgeführt werden kann und der Vorgang nicht durch die Unterspannung abgebrochen wird. Dies kann insbesondere wie für die Wandlereinrichtung beschriebenen auf einfache Weise erreicht werden, indem die entsprechenden minimalen Spannungsgrenzwerte, die für den ungehinderten Betrieb dieser Steuergeräte erforderlich sind, temporär herabgesetzt werden. Auch kann während dieser Phase ein Schreiben von Fehlermeldungen in den Fehlerspeicher unterdrückt werden, da die bei dem Wiederinbetriebnahmeversuch temporär auftretenden Unterspannungen aktiv durch Schließen des Trennschalters herbeigeführt werden und nicht auf zusätzliche Defekte zurückzuführen sind.Other components of the on-board electrical system can also be modified in their operating properties during this restart phase, for example in order to likewise prevent such components from being switched off when an undervoltage occurs briefly. In particular, this preferably applies to all control units involved, for example that of the DC / DC converter, that of the disconnector, for the control unit of the 12-volt battery or generally that for the first Energy source, as well as for possibly higher-level control devices for recommissioning, for the HV storage device, etc. These components or control devices are preferably also designed, at least temporarily, for the minimum voltages to be expected, which when the first and second subnetworks are reconnected after the detected one Predetermined failure is to be expected, so that the first sub-network can be restarted and the process is not interrupted by the undervoltage. This can be achieved in a simple manner, in particular as described for the converter device, by temporarily reducing the corresponding minimum voltage limit values which are required for the unimpeded operation of these control devices. It is also possible to suppress the writing of error messages to the error memory during this phase, since the undervoltage that occurs temporarily during the restart attempt is actively brought about by closing the disconnector and cannot be attributed to additional defects.

Die Erfindung beruht dabei auf folgenden Erkenntnissen: Bei Kurzschlüssen beliebiger Niedervoltkomponenten, insbesondere 12V-Komponenten, oder im Allgemeinen von Verbrauchern der ersten Verbrauchergruppe, entstehen Spannungseinbrüche, die ohne das Vorhandensein der genannten Schaltereinrichtung, die im detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennt, auch zu einem Abschalten von anderen sicherheitsrelevanten Komponenten führen könnten. Durch die Schaltereinrichtung, die entsprechend das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennt, kann dies vorteilhafterweise vermieden werden, ohne dass es nunmehr notwendig ist, alle 12V-Komponenten hinsichtlich der Verhinderung eines Kurzschlusses nach besonders hohen Sicherheitsanforderungen und damit besonders teuer auszubilden. Allerdings müssen vorteilhafterweise nunmehr erfindungsgemäß nicht alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher, die dem ersten Teilnetz zugeordnet sind, notwendigerweise im detektierten vorbestimmten Fehlerfall abgeschaltet werden. Durch das Vorsehen einer Überstromschutzeinrichtung, welche zumindest dem ersten Verbraucher der ersten Verbrauchergruppe zugeordnet ist, ist es nunmehr möglich, gezielt die vom Defekt betroffene Komponente, also in diesem Fall zum Beispiel den mindestens einen ersten Verbraucher, vom restlichen ersten Teilnetz unter Verwendung dieser Überstromschutzeinrichtung, zum Beispiel einer Schmelzsicherung, abzukoppeln. Mit anderen Worten kann bei einem Kurzschluss durch den Kurzschlussstrom die Schmelzsicherung schmelzen und entsprechend nur den betroffenen Verbraucher vom übrigen ersten Teilnetz selektiv abkoppeln, während die anderen ersten Verbraucher des ersten Teilnetzes vorteilhafterweise weiter betrieben werden können. Ein Problem, das dabei entsteht und ebenfalls von der Erfindung gelöst wird, ist jedoch, dass zum Schmelzen einer Schmelzsicherung für eine bestimmte Mindestzeitdauer ein ausreichend hoher Strom durch diese Sicherung, bzw. im Allgemeinen durch die Überstromschutzeinrichtung fließen muss. Trennt die Schaltereinrichtung das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz im Falle eines detektierten Fehlers, was in der Regel sehr schnell erfolgt, so wird auch der Stromfluss durch die defekte Komponente sehr schnell unterbunden und entsprechend reicht dieser Strom nicht mehr aus, um die Schmelzsicherung bzw. die Überstromschutzeinrichtung zum Auslösen zu bringen. Erfindungsgemäß wird dies vorteilhafterweise dadurch bewerkstelligt, dass zumindest unter der Bedingung, dass gemäß einem vorbestimmten Kriterium ein sicherer Fahrzustand vorliegt, die Schaltereinrichtung das erste Teilnetz wieder mit dem zweiten Teilnetz elektrisch verbindet. Dadurch kommt es vorteilhafterweise wiederum zu einem Stromfluss durch das erste Teilnetz, was im Falle eines Kurzschlusses zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung der betroffenen Komponente führt und damit die betroffene Komponente vom restlichen ersten Teilnetz entkoppelt. Mit anderen Worten kann also durch das erneute Schließen eine Trennschalters unter sicheren Bedingungen mittels der Überstromschutzeinrichtung gezielt nur die betroffene, defekte Komponente vom übrigen ersten Teilnetz entkoppelt werden. Dadurch normalisiert sich die Spannung im übrigen ersten Teilnetz wieder und das Bordnetz kann problemlos ohne die defekte entkoppelte Komponente weiter betrieben werden. Entsprechend fallen also noch intakte, nicht sicherheitsrelevante Komponenten, dennoch nicht aus. Entsprechend kann durch diese Maßnahme die Ausfallsicherheit auch von nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher im Falle eines Defekts auf besonders einfache, und kostengünstige Weise deutlich erhöht werden. Die Schaltereinrichtung muss dabei nicht in jedem beliebigen Fehlerfall das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennen, sondern nur in ganz bestimmten, insbesondere relevanten Fehlerfällen, zum Beispiel bei auftretenden Kurzschlüssen. Ein vorbestimmter Fehlerfall kann beispielsweise vorliegen, wenn das Vorliegen einer bestimmten Unterspannung detektiert wird, insbesondere im ersten und zweiten Teilnetz, da dies auf einen Kurzschluss schließen lässt.The invention is based on the following findings: In the event of short-circuits of any low-voltage components, in particular 12V components, or in general of consumers in the first consumer group, voltage dips occur which, without the presence of the switch device mentioned, electrically disconnect the first sub-network from the second sub-network in the detected predetermined fault case disconnects, could also lead to a shutdown of other safety-relevant components. This can advantageously be avoided by the switch device, which accordingly electrically separates the first subnet from the second subnet, without it being necessary now to design all 12 V components with regard to the prevention of a short circuit according to particularly high security requirements and thus particularly expensive. However, according to the invention, it is now advantageously not necessary to switch off all non-safety-relevant consumers which are assigned to the first subnetwork in the event of a predetermined fault being detected. By providing an overcurrent protection device which is assigned to at least the first consumer of the first consumer group, it is now possible to target the component affected by the defect, in this case, for example, the at least one first consumer, from the rest of the first sub-network using this overcurrent protection device. for example, to fuse a fuse. In other words, in the event of a short circuit due to the short-circuit current, the fuse can melt and, accordingly, only selectively decouple the consumer concerned from the rest of the first sub-network, while the other first consumers of the first sub-network can advantageously continue to be operated. A problem that arises here and is also solved by the invention is that a sufficiently high current has to flow through this fuse, or generally through the overcurrent protection device, for melting a fuse for a certain minimum period of time. If the switch device separates the first sub-network from the second sub-network in the event of a detected fault, which as a rule occurs very quickly, the current flow through the defective component is also very quickly prevented and accordingly this current is no longer sufficient to fuse the fuse Overcurrent protection device to trigger. According to the invention, this is advantageously accomplished in that the switch device electrically connects the first subnetwork to the second subnetwork again, at least under the condition that there is a safe driving state according to a predetermined criterion. This in turn advantageously leads to a current flow through the first sub-network, which in the event of a short-circuit leads to the overcurrent protection device in the affected component being triggered and thus decoupling the affected component from the rest of the first sub-network. In other words, only the affected, defective component can be decoupled from the rest of the first sub-network in a targeted manner by closing an isolating switch under safe conditions by means of the overcurrent protection device. This normalizes the voltage in the rest of the first sub-network and the on-board network can continue to be operated without the defective decoupled component. Accordingly, intact, non-safety-relevant components still fail. Accordingly, this measure can also significantly increase the reliability of non-safety-relevant consumers in the event of a defect in a particularly simple and inexpensive manner. The switch device does not have to electrically separate the first sub-network from the second sub-network in any fault case, but only in very specific, in particular relevant fault cases, for example in the event of short circuits. A predetermined fault can occur, for example, if the presence of a certain undervoltage is detected, in particular in the first and second subnetworks, since this indicates a short circuit.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Kriterium erfüllt, gemäß welchem ein sicherer Fahrzustand vorliegt, wenn eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als ein vorgegebener Geschwindigkeitsgrenzwert, zum Beispiel 10 km/h oder 5 km/h. Fährt das Kraftfahrzeug sehr langsam, oder befindet sich sogar im Stillstand, , so kann von einer sicheren Fahrsituation ausgegangen werden, d.h. einer Fahrsituation, in welcher selbst ein unverhofft Auftretender Fehler, zum Beispiel ein kurzzeitiges Abschalten der Brems- und/oder Lenkunterstützung, nicht zu einer Gefährdung des Fahrers bzw. der Insassen des Kraftfahrzeugs führen könnte. Vorzugsweise müssen daher beide genannten Bedingungen an die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel erfüllt sein, zumindest wenn der Geschwindigkeitsgrenzwert ungleich Null gewählt wird, damit der aktuelle Fahrzustand als ein sicherer Fahrzustand, klassifiziert wird, bei welchem die Schaltereinrichtung bedenkenlos wieder nach Detektion eines Defekts geschlossen werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one criterion is met, according to which a safe driving state is present when a current vehicle speed is less than a predetermined speed limit value, for example 10 km / h or 5 km / h. If the motor vehicle is traveling very slowly or is even at a standstill, a safe driving situation can be assumed, ie a driving situation in which even an unexpected error occurs. for example, a brief switch-off of the braking and / or steering assistance could not endanger the driver or the occupants of the motor vehicle. Both of the conditions mentioned regarding the vehicle speed and the steering angle must therefore preferably be met, at least if the speed limit value is chosen to be non-zero, so that the current driving state is classified as a safe driving state, in which the switch device can be closed again without hesitation after detection of a defect.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Kriterium erfüllt, wenn ein Signal zum Wiederstarten des Kraftfahrzeugs erfasst wird, also beispielsweise das Klemme-15-Signal. In einer solchen Situation ist davon auszugehen, dass sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befinden muss, da das Klemme-15-Signal, d.h. das ehemalige Zündungssignal, das Signal zum Wiederstarten des Kraftfahrzeugs darstellt. Mit anderen Worten, wird das Signal zum Wiederstarten des Kraftfahrzeugs erfasst, kann davon ausgegangen werden, dass sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, was ein vollkommen sicherer Fahrzustand ist, und entsprechend auch dazu geeignet ist, um zu diesem Zeitpunkt die aufgrund des detektierten vorbestimmten Fehlerfalls geöffnete Schaltereinrichtung wieder zu schließen, um die entsprechende Überstromschutzeinrichtung zum Auslösen zu bewegen.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one criterion is met when a signal for restarting the motor vehicle is detected, for example the terminal 15 signal. In such a situation, it can be assumed that the motor vehicle must be at a standstill since the terminal 15 signal, i.e. the former ignition signal, which represents the signal for restarting the motor vehicle. In other words, if the signal for restarting the motor vehicle is detected, it can be assumed that the motor vehicle is at a standstill, which is a completely safe driving state, and is accordingly also suitable at this point in time for taking into account the predetermined fault event detected close the opened switch device again in order to move the corresponding overcurrent protection device to trip.

Durch Betätigen der Zündung kann ein Fahrer vorteilhafterweise auch aktiv signalisieren, dass er einen solchen Neustart des Systems wünscht. Beispielsweise kann zunächst, wenn der vorbestimmte Fehlerfall detektiert wird, der Trennschalter geöffnet werden, d.h. im Allgemeinen die Schaltereinrichtung, und gleichzeitig kann dem Fahrer eine Warnmeldung ausgegeben werden, die ihn über den detektierten Defekt informiert, und ihn beispielsweise auffordert, dass Kraftfahrzeug zeitnah sicher abzustellen. Hat der Fahrer dann letztendlich das Kraftfahrzeug abgestellt, kann dieser über eine durch das Kraftfahrzeug ausgegebene Abfrage gefragt werden, ob er einen Neustart des Systems unter Wiederbelebung des ersten Teilnetzes wünscht. Falls ja, kann er dies durch Betätigen der Zündung bzw. des Start-Knopfes des Kraftfahrzeugs bestätigen, woraufhin der Trennschalter, d.h. im Allgemeinen die Schaltereinrichtung, wieder geschlossen wird, sodass die Überstromschutzeinrichtung auslösen kann und die defekte Komponente vom übrigen Netz getrennt wird.By actuating the ignition, a driver can advantageously also actively signal that he desires such a restart of the system. For example, when the predetermined fault is detected, the disconnector can be opened first, i.e. generally the switch device, and at the same time the driver can be given a warning message informing him of the detected defect and, for example, requesting that the motor vehicle be switched off safely in a timely manner. When the driver has finally parked the motor vehicle, he can be asked via a query issued by the motor vehicle whether he wishes to restart the system while reviving the first subnet. If so, he can confirm this by pressing the ignition or the start button of the motor vehicle, whereupon the disconnector, i.e. generally the switch device is closed again, so that the overcurrent protection device can trip and the defective component is separated from the rest of the network.

Wie eingangs erwähnt ist, kann die Überstromschutzeinrichtung als Schmelzsicherung ausgebildet sein. Entsprechend ist es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Überstromschutzeinrichtung dazu ausgelegt ist, bei dem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher vom ersten Teilnetz irreversibel zu trennen, insbesondere wobei die Überstromschutzeinrichtung als Schmelzsicherung ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich die Überstromschutzeinrichtung, die ohnehin nur im Notfall vorgesehen ist, und deren Auslösen lediglich in Ausnahmefällen eintreten sollte, besonders kostengünstig ausgestalten. Außerdem sind derartige Überstromschutzeinrichtung, insbesondere Schmelzsicherungen, ohnehin üblicherweise in vielzähligen Leitungen des Bordnetzes zum Leitungsschutz vorgesehen. Damit ist die beschriebene Widerbelebungsmaßnahme besonders einfach und kostengünstig umzusetzen, da nicht notwendigerweise zusätzliche Überstromschutzeinrichtungen verbaut werden müssen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem einzelnen ersten Verbraucher der ersten Verbrauchergruppe eine solche Überstromschutzeinrichtung zugeordnet ist. Es können aber auch mehrere erste Verbraucher zu einer Verbraucher-Untergruppen gruppiert sein, und einer solchen Untergruppe kann eine gemeinsame, einzelne Überstromschutzeinrichtung zugeordnet sein kann. In einem solchen Fall wird dann entsprechend bei Auslösen dieser Überstromschutzeinrichtung die gesamte Untergruppe vom ersten Teilnetz entkoppelt. Alle übrigen ersten Verbraucher, die nicht Teil dieser Untergruppe sind, können dann vorteilhafterweise ebenfalls ungehindert weiterbetrieben werden.As mentioned at the beginning, the overcurrent protection device can be designed as a fuse. Accordingly, it is a further advantageous embodiment of the invention if the overcurrent protection device is designed to irreversibly separate the at least one first consumer from the first sub-network at the predetermined overcurrent, in particular wherein the overcurrent protection device is designed as a fuse. As a result, the overcurrent protection device, which is only provided in an emergency anyway, and should only be triggered in exceptional cases, can be designed in a particularly cost-effective manner. In addition, such overcurrent protection devices, in particular fuses, are usually provided anyway in numerous lines of the on-board electrical system for line protection. The resuscitation measure described is thus particularly simple and inexpensive to implement, since additional overcurrent protection devices do not necessarily have to be installed. It is particularly advantageous if such an overcurrent protection device is assigned to each individual first consumer in the first consumer group. However, several first consumers can also be grouped into a consumer subgroup, and a common, individual overcurrent protection device can be assigned to such a subgroup. In such a case, the entire subgroup is then decoupled from the first subnetwork when this overcurrent protection device is triggered. All other first consumers that are not part of this subgroup can then advantageously also continue to be operated without hindrance.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Bordnetz eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall und nach dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes mittels der Schaltereinrichtung, zu überprüfen, ob ein vorbestimmter Normalzustand vorliegt, und falls nicht, das erste und das zweite Teilnetz mittels der Schaltereinrichtung erneut zu trennen. Wird also die defekte Komponente durch Auslösen der Überstromschutzeinrichtung vom übrigen ersten Teilnetz abgekoppelt, so sollte sich nach gewisser Zeit wieder der Normalzustand im Bordnetz einstellen, insbesondere hinsichtlich einer definierten Spannungslage, die im Niedervolt-Bordnetz üblicherweise 12 Volt beträgt. Ist dies jedoch nicht der Fall, d.h. wird detektiert, dass nach vorbestimmbarer Zeitdauer immer noch kein Normalzustand vorliegt, so trennt die Schaltereinrichtung das erste und das zweite Teilnetz erneut, sodass vorteilhafterweise auf jeden Fall der ungehinderte Betrieb der Sicherheitsverbraucher weiter gewährleistet ist und durch den detektierten Defekt im ersten Teilnetz nicht beeinträchtigt werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, the vehicle electrical system has a control device which is designed to check whether a predetermined normal state is present after the detected predetermined fault and after reconnecting the first and the second subnetwork by means of the switch device, and if so not to separate the first and the second subnetwork again by means of the switch device. If the defective component is decoupled from the rest of the first sub-network by triggering the overcurrent protection device, the normal state in the on-board network should return after a certain time, in particular with regard to a defined voltage level, which is usually 12 volts in the low-voltage on-board network. However, if this is not the case, i.e. if it is detected that after a predeterminable period of time there is still no normal state, the switch device separates the first and the second subnetwork again, so that the unhindered operation of the safety consumers is advantageously guaranteed in any case and cannot be impaired by the detected defect in the first subnetwork ,

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der vorbestimmte Fehlerfall das Auftreten einer vorbestimmten Unterspannung darstellt. Durch das Vorliegen einer Unterspannung lassen sich vor allem Kurzschlüsse leicht detektieren, da der Kurzschlussstrom zu einem Spannungsabfall an allen übrigen Komponenten führt, das heißt zu einer Reduktion der an den jeweiligen übrigen Komponenten anliegenden Spannung. In einem solchen Fall ist auch der vorbestimmte Normalzustand als Zustand definiert, bei welchem die vorbestimmte für das Bordnetz definierte Spannung, zumindest innerhalb einer vorgebbaren Toleranz vorliegt.It is also advantageous if the predetermined fault situation represents the occurrence of a predetermined undervoltage. Due to the presence of undervoltage, short circuits in particular can be easily detected, since the short-circuit current leads to a voltage drop at all others Components leads to a reduction in the voltage applied to the respective other components. In such a case, the predetermined normal state is also defined as the state in which the predetermined voltage defined for the vehicle electrical system is present, at least within a predeterminable tolerance.

Weiterhin handelt es sich beim Bordnetz vorzugsweise um ein Niedervolt-Bordnetz mit einer Niederspannung von weniger als 20 Volt, zum Beispiel 12 Volt, was der bislang üblichen Niederspannung in Niedervolt-Bordnetzen entspricht. Weiterhin kann die erste Energiequelle eine Energiespeichereinrichtung darstellen, insbesondere eine Batterie und/oder einen Kondensator. Die erste Energiequelle kann zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie darstellen.Furthermore, the on-board electrical system is preferably a low-voltage on-board electrical system with a low voltage of less than 20 volts, for example 12 volts, which corresponds to the low voltage that has been customary in low-voltage on-board electrical systems to date. Furthermore, the first energy source can represent an energy storage device, in particular a battery and / or a capacitor. The first energy source can be a 12 volt battery, for example.

Der besonders große Vorteil der Erfindung und ihre Ausgestaltungen besteht zudem auch darin, dass das beschriebene Konzept für verschiedene Versorgungskonzepte verwendet werden kann, d.h. sowohl für Kraftfahrzeuge mit hochautonomen Fahrfunktionen geeignet ist, als auch für Fahrzeuge mit geringem Autonomielevel, sowie für vollelektrifizierte Fahrzeuge als auch für Hybridfahrzeuge. Die Sicherheitsverbraucher, das heißt das zweite Teilnetz, kann dabei neben dem beschriebenen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Zusatz-Batterie und/oder einem Kondensator zusätzlich zumindest im betriebsgemäßen Zustand durch eine weitere Energiequelle, wie zum Beispiel eine Wandlereinrichtung versorgt werden. Bei einem Energienetz für hochautomatisierte Kraftfahrzeuge kann es vorgesehen sein, dass im detektierten vorbestimmten Fehlerfall das zweite Teilnetz nicht nur von der ersten Verbrauchergruppe entkoppelt wird, sondern zusätzlich auch von der Wandlereinrichtung und damit nur noch ausschließlich, zumindest temporär, von der ersten Energiequelle, d.h. einer oder mehrerer zusätzlicher Batterien und/oder Kondensatoren mit Energie versorgt wird. Bei Kraftfahrzeugen ohne autonome Fahrfunktion, können die Sicherheitsverbraucher im detektierten vorbestimmten Fehlerfall lediglich von der ersten Verbrauchergruppe entkoppelt werden, nichtsdestoweniger bleibt die zweite Verbrauchergruppe sowohl mit der ersten Energiequelle, zum Beispiel der Zusatzbatterie, als auch mit der Wandlereinrichtung als zusätzliche Energieversorgung gekoppelt.The particularly great advantage of the invention and its refinements also lies in the fact that the concept described can be used for different supply concepts, i.e. is suitable for vehicles with highly autonomous driving functions, as well as for vehicles with a low level of autonomy, as well as for fully electrified vehicles and for hybrid vehicles. In addition to the energy store described, such as an additional battery and / or a capacitor, the security consumer, that is to say the second subnetwork, can additionally be supplied at least in the operational state by a further energy source, such as a converter device. In the case of an energy network for highly automated motor vehicles, it can be provided that, in the event of a predetermined fault being detected, the second sub-network is not only decoupled from the first consumer group, but also also from the converter device and thus only, at least temporarily, from the first energy source, i.e. one or more additional batteries and / or capacitors is supplied with energy. In motor vehicles without an autonomous driving function, the safety consumers can only be decoupled from the first consumer group in the event of a predetermined fault being detected; nonetheless, the second consumer group remains coupled both to the first energy source, for example the additional battery, and to the converter device as an additional energy supply.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz oder eines seiner Ausgestaltungen. Die für das erfindungsgemäße Bordnetz und seine Ausgestaltungen gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with an electrical system according to the invention or one of its configurations. The same applies to the vehicle electrical system according to the invention and its configurations in a corresponding manner for the motor vehicle according to the invention.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, wobei das Bordnetz eine erste Verbrauchergruppe mit mindestens einem ersten Verbraucher aufweist, wobei die erste Verbrauchergruppe elektrisch an ein erstes Teilnetz angeschlossen ist, sowie eine zweite Verbrauchergruppe mit mindestens einem Sicherheitsverbraucher, wobei die zweite Verbrauchergruppe elektrisch an ein zweites Teilnetz angeschlossen ist. Darüber hinaus sind das erste und das zweite Teilnetz in einem betriebsgemäßen Zustand, in welchem also kein Fehler vorliegt oder detektiert wurde, elektrisch miteinander verbunden. Darüber hinaus umfasst das Bordnetz eine Schaltereinrichtung, die in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz vom zweiten Teilnetz elektrisch trennt, sowie eine erste Energiequelle, die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung getrenntem ersten und zweiten Teilnetz zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe ausgelegt ist. Des Weiteren ist zumindest dem mindestens einen ersten Verbraucher der ersten Verbrauchergruppe eine Überstromschutzeinrichtung zugeordnet, die dazu ausgelegt ist, bei einem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher vom ersten Teilnetz zu trennen, wobei im detektierten vorbestimmten Fehlerfall, wenn die erste Verbrauchergruppe von der zweiten Verbrauchergruppe mittels der Schaltereinrichtung getrennt ist, bei Erfülltsein zumindest der Bedingung, dass gemäß zumindest einem vorbestimmten Kriterium ein sicherer Fahrzustand vorliegt, mittels der Schaltereinrichtung das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz wieder elektrisch verbunden wird.Furthermore, the invention also relates to a method for operating an electrical system of a motor vehicle, the electrical system having a first consumer group with at least one first consumer, the first consumer group being electrically connected to a first sub-network, and a second consumer group with at least one security consumer, wherein the second consumer group is electrically connected to a second subnet. In addition, the first and the second subnetwork are electrically connected to one another in an operational state, in which there is therefore no fault or has been detected. In addition, the on-board electrical system includes a switch device that electrically separates the first sub-network from the second sub-network in the event of a predetermined fault, and a first energy source that is designed to supply the second consumer group at least in the case of the first and second sub-network separated by the switch device. Furthermore, at least the at least one first consumer of the first consumer group is assigned an overcurrent protection device which is designed to separate the at least one first consumer from the first sub-network in the event of a predetermined overcurrent, in the detected predetermined fault case when the first consumer group from the second consumer group is separated by means of the switch device, if at least the condition that a safe driving state is present according to at least one predetermined criterion is met, the first subnetwork is electrically connected again to the second subnetwork by means of the switch device.

Die für das erfindungsgemäße Bordnetz und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages mentioned for the vehicle electrical system according to the invention and its refinements also apply in the same way to the method according to the invention.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bordnetzes beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as have already been described in connection with the further developments of the on-board electrical system according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugbordnetzes mit einem Niedervolt-Bordnetz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugbordnetzes mit einem Niedervolt-Bordnetz gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung des Niedervolt Bordnetzes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung des Niedervolt Bordnetzes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 5 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben eines Bordnetzes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of a motor vehicle electrical system with a low-voltage electrical system according to an embodiment of the invention;
  • 2 a schematic representation of a motor vehicle electrical system with a low voltage Vehicle electrical system according to a further exemplary embodiment of the invention;
  • 3 a schematic representation of the low-voltage electrical system according to an embodiment of the invention;
  • 4 a schematic representation of the low-voltage electrical system according to a further embodiment of the invention; and
  • 5 a flowchart to illustrate a method for operating an electrical system according to an embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate elements that have the same function.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugbordnetzes 10a mit einem Niedervolt-Bordnetz 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Neben dem Niedervolt-Bordnetz 12, welches in diesem Beispiel als 12V-Bordnetz ausgestaltet ist, umfasst das Kraftfahrzeugbordnetzes 10a in diesem Beispiel ein Hochvolt-Bordnetz 14a. Dieses Hochvolt-Bordnetz 14 umfasst eine Hochvolt-Batterie 16 mit einem zugeordneten Batteriemanagementsystem 18. Die Hochvolt-Batterie 16 ist über zwei Hauptschütze 20, die über eine Steuereinheit 22 ansteuerbar sind, mit dem restlichen Hochvolt-Bordnetz 14a koppelbar und von diesem entkoppelbar. Die Hochvolt-Batterie 16 versorgt diverse Hochvolt-Verbraucher mit Energie, wie beispielsweise einen elektrischen Klimakompressor 24 und eine Leistungselektronik 26 für eine oder zwei E-Maschinen 28, zum Beispiel eine zum Antreiben der Hinterachse und eine zum Antreiben der Vorderachse des Kraftfahrzeugs, oder lediglich eine einzige E-Maschine 28 zum Antreiben entweder der Hinterachse oder der Vorderachse des Kraftfahrzeugs. Zum Laden der Hochvolt-Batterie 16 weist das Kraftfahrzeug auch ein Ladegerät 30 auf, welches entsprechend auch mit dem Hochvolt-Bordnetz 14 gekoppelt ist. Das Niedervolt-Bordnetz 12 wird über eine Wandlereinrichtung 32, insbesondere einen DC/DC-Wandler, der mit dem Hochvolt-Bordnetz 14 gekoppelt ist, mit Energie versorgt. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle electrical system 10a with a low-voltage electrical system 12 according to an embodiment of the invention. In addition to the low-voltage electrical system 12 , which in this example is designed as a 12 V electrical system, includes the motor vehicle electrical system 10a in this example a high-voltage electrical system 14a , This high-voltage electrical system 14 includes a high-voltage battery 16 with an assigned battery management system 18 , The high-voltage battery 16 is about two main shooters 20 that have a control unit 22 can be controlled with the rest of the high-voltage electrical system 14a can be coupled and uncoupled from this. The high-voltage battery 16 supplies various high-voltage consumers with energy, such as an electric air conditioning compressor 24 and power electronics 26 for one or two electric machines 28 , for example one for driving the rear axle and one for driving the front axle of the motor vehicle, or just a single electric machine 28 to drive either the rear axle or the front axle of the motor vehicle. For charging the high-voltage battery 16 the motor vehicle also has a charger 30 which also with the high-voltage electrical system 14 is coupled. The low-voltage electrical system 12 is via a converter device 32 , in particular a DC / DC converter that works with the high-voltage electrical system 14 is coupled, supplied with energy.

2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeugbordnetzes 10b, welches in diesem Beispiel wiederum das Niedervolt-Bordnetz 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, sowie ein Mittelvoltbordnetz 14b, welches in diesem Beispiel als 48-Volt-Bordnetz ausgebildet ist. Auch dieses 48-Volt-Bordnetz bzw. im Allgemeinen dieses Mittelvoltbordnetz 14b umfasst einen Energiespeicher 34, welcher entsprechend in diesem Beispiel als 48-Volt-Batterie ausgebildet ist. Auch diese 48-Volt-Batterie 34 versorgt verschiedene Verbraucher, die an das Mittelvoltbordnetz 14b angeschlossen sind, mit Energie, wie beispielsweise einen Riemen-Startergenerator 36, der über eine entsprechende Wandlereinrichtung, insbesondere einen DC/DC-Wandler 38 aus dem Mittelvoltbordnetz 14b mit Energie versorgt wird, sowie eine elektrische Fahrwerkssteuerung 40, die ebenfalls über einen DC/DC-Wandler 42 aus dem Mittelvoltbordnetz 14b mit Energie gespeist wird. 2 schematically shows a further embodiment of a motor vehicle electrical system 10b , which in this example is the low-voltage electrical system 12 according to an embodiment of the invention, and a medium-voltage electrical system 14b , which in this example is designed as a 48-volt electrical system. This 48-volt electrical system, or in general this medium-voltage electrical system 14b includes an energy storage 34 , which is designed accordingly in this example as a 48-volt battery. This 48-volt battery 34 also supplies various consumers to the medium-voltage electrical system 14b connected with energy, such as a belt starter generator 36 , which has a corresponding converter device, in particular a DC / DC converter 38 from the medium-voltage electrical system 14b is supplied with energy, as well as an electrical chassis control 40 which also have a DC / DC converter 42 from the medium-voltage electrical system 14b is fed with energy.

Die vorliegende Erfindung richtet sich zwar vornehmlich auf das Niedervolt-Bordnetz 12, 1 und 2 sollen jedoch illustrieren, dass die Erfindung vorteilhafterweise mit jeder beliebigen Energienetz-Architektur kombinierbar ist. Dieses Niedervolt-Bordnetz 12 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird nun anhand von 3 und 4 näher beschrieben.The present invention is primarily directed to the low-voltage electrical system 12 . 1 and 2 are intended to illustrate, however, that the invention can advantageously be combined with any energy network architecture. This low-voltage electrical system 12 according to embodiments of the invention will now be based on 3 and 4 described in more detail.

3 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Niedervolt Bordnetzes 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie beschrieben wird dieses Niedervolt-Bordnetz 12 über eine Wandlereinrichtung 32, nämlich einem DC/DC-Wandler aus dem Hochvolt- oder Mittelvoltbordnetz 14a, 14b mit Energie versorgt. Dieses Niedervolt-Bordnetz 12 lässt sich wiederum in zwei Teilnetze gliedern, nämlich einem ersten Teilnetz 44 und einem zweiten Teilnetz 46. Sicherheitsverbraucher, die besonders sicherheitsrelevant sind, sind dabei dem zweiten Teilnetz 46 zugeordnet und an dieses angeschlossen. Exemplarisch ist hier lediglich ein solcher Sicherheitsverbraucher 48 dargestellt. Es können aber durchaus mehr als nur ein Sicherheitsverbraucher 48 an das zweite Teilnetz 46 angeschlossen sein. Weniger sicherheitsrelevante oder nicht sicherheitsrelevante Verbraucher sind dagegen dem ersten Teilnetz 44 zugeordnet und an dieses angeschlossen. Exemplarisch sind hier zwei solche ersten Verbraucher 50 dargestellt. Auch hier können vielzählige weitere erste Verbraucher 50 vorgesehen sein, die ebenfalls an des erste Teilnetz 44 angeschlossen sind. Bei den Sicherheitsverbrauchern 48 kann es sich beispielsweise um eine Bremsunterstützung des Kraftfahrzeugs handeln, um eine Lenkunterstützung und vor allem im Falle eines Kraftfahrzeugs mit hochautomatisierten Fahrfunktionen um eines oder mehrere Steuergeräte zur Ausführung dieser Fahrfunktionen. Nicht sicherheitsrelevante Verbraucher 50 können beispielsweise die Sitzheizung darstellen, das Radio, aber auch Verbraucher, die zwar einerseits nicht sonderlich sicherheitsrelevant sind, die andererseits jedoch nicht dauerhaft abgeschaltet werden sollten, selbst nicht im Fehlerfall, wie zum Beispiel Türsteuergeräte und/oder das Innenraumgebläses, dessen Abschalten unter Umständen zum Anlaufen der Scheiben führen kann und eine Weiterfahrt mit dem Fahrzeug verhindert. Entsprechend bedeutet ein Abschalten aller Türsteuergeräte, dass der Benutzer bei verriegeltem Kraftfahrzeug dieses nicht mehr verlassen kann. 3 shows a schematic representation of the low-voltage electrical system 12 according to an embodiment of the invention. This low-voltage electrical system is described as described 12 via a converter device 32 , namely a DC / DC converter from the high-voltage or medium-voltage electrical system 14a . 14b energized. This low-voltage electrical system 12 can in turn be divided into two subnets, namely a first subnet 44 and a second subnet 46 , Security consumers who are particularly security-relevant are the second subnet 46 assigned and connected to this. Only one such security consumer is an example here 48 shown. But it can do more than just a security consumer 48 to the second subnet 46 be connected. The first subnet, on the other hand, is less security-relevant or non-security-relevant consumers 44 assigned and connected to this. Two such first consumers are exemplary 50 shown. Here, too, numerous other first consumers can 50 be provided, which are also on the first subnet 44 are connected. With security consumers 48 For example, it can be a brake support of the motor vehicle, a steering support and, in the case of a motor vehicle with highly automated driving functions, one or more control units for performing these driving functions. Non-safety relevant consumers 50 can represent, for example, the seat heating, the radio, but also consumers, which on the one hand are not particularly safety-relevant, but on the other hand should not be switched off permanently, even in the event of a fault, such as door control units and / or the interior blower, which may be switched off Tarnishing of the panes can lead to a further journey with the vehicle. Accordingly, switching off all door control units means that the When the motor vehicle is locked, the user can no longer leave it.

Weiterhin ist eine Schaltereinrichtung in Form eines Trennschalters 52 zwischen dem ersten und zweiten Teilnetz 44, 46 angeordnet und dazu ausgelegt, bei detektiertem vorbestimmten Fehlerfall das zweite Teilnetz 46 vom ersten Teilnetz 44 zu trennen. Um eine Energieversorgung des zweiten Teilnetzes 46, insbesondere der Sicherheitsverbraucher 48, auch im vom ersten Teilnetz und von der Wandlereinrichtung 32 getrenntem Zustand weiterhin sicherzustellen, weißt das zweite Teilnetz 46 eine zusätzliche Energiespeichervorrichtung 54, in diesem Beispiel eine zusätzliche Batterie 54 auf. Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher Energiespeicher 54 auch einen Kondensator, zum Beispiel ein Superkondensator, auch Supercap genannt, umfassen. Abhängig von der Kapazität dieses Energiespeichers 54 kann dann eine Zeit lang zumindest die Energieversorgung der Sicherheitsverbraucher 48 auch bei geöffnetem Trennschalter 52 sichergestellt werden.Furthermore, there is a switch device in the form of a circuit breaker 52 between the first and second subnet 44 . 46 arranged and configured to detect the second subnet when a predetermined failure is detected 46 from the first subnet 44 to separate. To supply energy to the second subnet 46 , especially the security consumer 48 , also from the first subnet and the converter device 32 the second subnetwork knows that the separate state can still be guaranteed 46 an additional energy storage device 54 , in this example an additional battery 54 on. As an alternative or in addition, such an energy store can 54 also include a capacitor, for example a supercapacitor, also called a supercap. Depending on the capacity of this energy storage 54 can then at least power the security consumers for a while 48 even when the disconnector is open 52 be ensured.

Optional können weitere Energiespeicher zur redundanten Energieversorgung auch der ersten Verbrauchergruppe mit den ersten Verbrauchern 50 zugeordnet sein und zum Beispiel zu diesen sowie zur Wandlereinrichtung 32 parallel geschaltet sein, was beispielswiese für hochautonome Kraftfahrzeuge vorteilhaft ist, im Allgemeinen jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss.Optionally, additional energy stores for redundant energy supply can also be provided to the first consumer group with the first consumers 50 be assigned and for example to these and to the converter device 32 be connected in parallel, which is advantageous, for example, for highly autonomous motor vehicles, but generally does not necessarily have to be the case.

Weiterhin ist in diesem Beispiel jedem der ersten Verbraucher 50 auch eine Überstromschutzeinrichtung in Form einer Schmelzsicherung 58 zugeordnet. Ein Auslösen einer solchen Schmelzsicherung 58, insbesondere durch Schmelzen, führt dazu, dass die betreffende erste Komponente 50 vom ersten Teilnetz 44 abgekoppelt wird.Furthermore, in this example, each of the first consumers 50 also an overcurrent protection device in the form of a fuse 58 assigned. Tripping such a fuse 58 , in particular by melting, leads to the first component in question 50 from the first subnet 44 is uncoupled.

Im Falle eines Fehlers, wie beispielsweise eines Kurzschlusses, wird der Trennschalter 52 angesteuert, um die Sicherheitsverbraucher 48 von den übrigen Verbrauchern 50 zu entkoppeln. Die Ansteuerung dieses Trennschalters 52 erfolgt dabei durch eine entsprechende Steuereinrichtung 60. Ein Kurzschluss, zum Beispiel in einer der ersten Komponenten 50, äußert sich durch einen signifikanten Spannungsabfall im Niedervolt-Bordnetz 12. Im Falle einer solchen Unterspannung schalten in der Regel alle Komponenten, insbesondere Steuergeräte, wie zum Beispiel der DC/DC-Wandler 32, Batteriesteuergeräte der Batterien 54 und Steuergeräte der Verbraucher, sowohl der ersten Verbraucher 50 als auch der Sicherheitsverbraucher 48 ab. Um gerade eine Abschaltung der Sicherheitsverbraucher 48 zu verhindern, öffnet bei einer solchen detektierten Unterspannung die Steuereinrichtung 60 den Trennschalter 52, sodass der Betrieb der Sicherheitsverbraucher 48 weiterhin ungehindert möglich ist und ein temporäres Abschalten dieser verhindert wird.In the event of an error, such as a short circuit, the circuit breaker 52 driven to the security consumer 48 from the rest of the consumers 50 to decouple. The control of this disconnector 52 is carried out by a corresponding control device 60 , A short circuit, for example in one of the first components 50 , is expressed by a significant voltage drop in the low-voltage electrical system 12 , In the event of such undervoltage, as a rule, all components, in particular control devices, such as the DC / DC converter, switch 32 , Battery control units for batteries 54 and consumer control devices, both first consumers 50 as well as the security consumer 48 from. Just to shut down security consumers 48 to prevent, the control device opens at such a detected undervoltage 60 the disconnector 52 , so the operation of security consumers 48 is still possible and a temporary shutdown is prevented.

Um ein Abschalten vor allem der Sicherheitsverbraucher 48 im Fall auftretender Spannungseinbrüche bedingt durch Kurzschlüsse zu verhindern, sind insbesondere die den jeweiligen Verbrauchern 50 zugeordneten Schmelzsicherung 58 nicht geeignet, da diese in vielen Fällen zu träge sind. Das Öffnen des Trennschalters 52 dagegen kann deutlich schneller erfolgen und damit also vor einem kurzfristigen Ausfall sicherheitsrelevante Komponenten, insbesondere der Sicherheitsverbraucher 48 schützen.To switch off the safety consumers in particular 48 In the event of voltage dips caused by short circuits, the particular consumers must be prevented 50 associated fuse 58 not suitable because in many cases these are too sluggish. Opening the circuit breaker 52 on the other hand, it can be done much faster and thus before a short-term failure, safety-relevant components, especially the safety consumers 48 protect.

Nachteiligerweise können jedoch bei herkömmlichen Systemen alle Verbraucher, die der ersten Verbrauchergruppe zugeordnet sind, und die als nicht sicherheitsrelevant eingestuft sind, in einem solchen Fall nicht mehr genutzt werden, da diese insbesondere auch nicht mehr mit Energie versorgt werden, da die Wandlereinrichtung 32 aufgrund der kurzschlussbedingten Unterspannung abschalten würde.Disadvantageously, however, in conventional systems, all consumers that are assigned to the first consumer group and that are not classified as safety-relevant can no longer be used in such a case, since in particular they are also no longer supplied with energy because the converter device 32 would switch off due to the short-circuit-related undervoltage.

Dieses Problem wird jedoch durch die Erfindung vorteilhafterweise dadurch gelöst, indem der Trennschalter 52 bei Vorliegen eines sicheren Fahrzustands, wie zum Beispiel im Stillstand des Kraftfahrzeugs, wieder schließt. Durch dieses erneute Schließen des Trennschalters 52 wird durch den dem zweiten Teilnetz 46 zugeordneten Energiespeicher 54 auch dem ersten Teilnetz 44 ausreichend Energie zugeführt, um dadurch die Schmelzsicherung 58 der vom Kurzschluss betroffenen Komponente, zum Beispiel eine der ersten Verbraucher 50, zum Schmelzen zu bringen und dadurch die defekte Komponente vom ersten Teilnetz 44 abzukoppeln. Durch das Abkoppeln der defekten Komponente normalisiert sich auch die Spannung im Niedervolt-Bordnetz 12 wieder und alle übrigen Komponenten, d.h. sowohl Sicherheitsverbraucher 48 als auch die übrigen ersten Verbraucher 50, können ungehindert weiterbetrieben werden.However, this problem is advantageously solved by the invention in that the isolating switch 52 closes again when there is a safe driving condition, such as when the motor vehicle is at a standstill. By closing the disconnector again 52 is through the the second subnet 46 assigned energy storage 54 also the first subnet 44 enough energy is supplied to thereby fuse 58 the component affected by the short circuit, for example one of the first consumers 50 , to melt and thereby the defective component from the first subnet 44 decouple. Uncoupling the defective component also normalizes the voltage in the low-voltage electrical system 12 again and all other components, ie both security consumers 48 as well as the other first consumers 50 , can continue to operate unhindered.

4 zeigt eine schematische Darstellung des Niedervolt-Bordnetzes 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch in diesem Beispiel umfasst das Niedervolt-Bordnetz 12 wiederum ein erstes Teilnetz 44 mit ersten Verbrauchern 50 und jeweils zugeordneten Überstromschutzeinrichtungen 58, sowie ein zweites Teilnetz 46, an welches Sicherheitsverbraucher 48 sowie eine zusätzliche Energiequelle in Form einer Batterie 54 angeschlossen sind. Das erste und das zweite Teilnetz 44, 46 sind wiederum durch einen Trennschalter 52, welcher von der Steuereinrichtung 60 ansteuerbar ist, entkoppelbar und wieder miteinander koppelbar. Zudem wird das Niedervolt-Bordnetz 12 wiederum durch die Wandlereinrichtung 32 aus dem Hochvolt-Bordnetz 14a oder dem Mittelvoltbordnetz 14b mit Energie versorgt. Im Unterschied zu 3 bleibt diese Wandlereinrichtung 32 auch beim Öffnen des Trennschalters 52 mit dem zweiten Teilnetz 46 gekoppelt. Im Übrigen ist dieses Bordnetz 12 wie zu 3 beschrieben ausgebildet. Auch hier wird im detektierten vorbestimmten Fehlerfall, d.h. bei auftretender Unterspannung infolge eines Kurzschlusses in einem der ersten Verbraucher 50 der Trennschalter 52 geöffnet, und im Falle eines Vorliegens eines sicheren Fahrzustands erneut geschlossen, sodass die Schmelzsicherung 58, welcher der defekten Komponente 50 zugeordnet erst, aufgrund des Kurzschlussstroms durchschmelzen kann. Dadurch wird wieder die defekte Komponente vom restlichen ersten Teilnetz 44 entkoppelt, sodass alle übrigen Verbraucher 50 des ersten Teilnetzes 44, sowie auch die Sicherheitsverbraucher 48 ungehindert weiterbetrieben können. Dies wird nun nochmal im Detail anhand von 5 beschrieben. 4 shows a schematic representation of the low-voltage electrical system 12 according to a further embodiment of the invention. In this example, too, the low-voltage electrical system comprises 12 again a first subnet 44 with first consumers 50 and associated overcurrent protection devices 58 , as well as a second subnet 46 to which security consumer 48 as well as an additional energy source in the form of a battery 54 are connected. The first and the second subnet 44 . 46 are in turn by a disconnector 52 which is from the control device 60 is controllable, uncouplable and can be coupled together again. In addition, the low-voltage electrical system 12 again by the converter device 32 from the high-voltage electrical system 14a or the medium-voltage electrical system 14b energized. In contrast to 3 remains this converter device 32 also when opening the disconnector 52 with the second subnet 46 coupled. Incidentally, this is the electrical system 12 how to 3 described. Here too, when a predetermined fault is detected, ie when an undervoltage occurs as a result of a short circuit in one of the first consumers 50 the disconnector 52 opened, and in the event of a safe driving condition closed again, so that the fuse 58 which of the defective component 50 assigned only, can melt due to the short-circuit current. This will make the defective component from the rest of the first subnet again 44 decoupled so that all other consumers 50 of the first subnet 44 , as well as the security consumers 48 can continue to operate unhindered. This will now be explained again in detail using 5 described.

5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben eines Bordnetzes 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Bordnetz 12 kann als Niedervolt-Bordnetz 12 wie zu 3 oder 4 beschrieben ausgebildet sein. Das Verfahren beginnt dabei in Schritt S10, in welchem sich das Bordnetz 12 in einem betriebsgemäßen Zustand befindet, d.h. noch in einen fehlerfreien Zustand. Falls nun ein Kurzschluss auftritt, so wird in Schritt S12 die daraus resultierende Unterspannung im Bordnetz 12 erkannt, zum Beispiel mittels einer geeigneten Detektions- und/oder Messeinrichtung zur Überwachung der Bordnetzspannung im Niedervolt-Bordnetz 12, und anschließend wird im Schritt S14 der Trennschalter 52 geöffnet. Dadurch werden alle sicherheitsrelevanten Komponenten 48 vom Defekt entkoppelt. Gleichzeitig oder anschließend wird optional der resultierende Zustand der Komponenten und des Energienetzes dem Fahrer in Schritt S16 angezeigt, insbesondere in Form einer Warnmeldung oder einer Ausgabe einer Information an den Fahrer, zum Beispiel optisch und/oder akustisch, die den Fahrer über die Detektion des Defekts informiert. Unter Umständen kann der Fahrer dabei auch zum Anhalten des Fahrzeugs aufgefordert werden. Dies kann dem Fahrer zum Beispiel durch Aufleuchten einer roten Warnlampe und/oder einem entsprechend ausgegebenen Text „Fahrzeug sicher abstellen“ signalisiert werden. Optional wird hierbei parallel das Unterspannungsereignis inklusive der zugehörigen Systemzeit für Diagnosezwecke in Schritt S18 abgespeichert, insbesondere in einem dafür vorgesehenen Fehlerspeicher. 5 shows a schematic flow diagram to illustrate a method for operating an electrical system 12 according to an embodiment of the invention. This electrical system 12 can be used as a low-voltage electrical system 12 how to 3 or 4 be described. The process begins in step S10 in which the electrical system is located 12 is in an operational state, ie still in an error-free state. If a short circuit now occurs, then in step S12 the resulting undervoltage in the electrical system 12 recognized, for example by means of a suitable detection and / or measuring device for monitoring the vehicle electrical system voltage in the low-voltage vehicle electrical system 12 , and then in step S14 the disconnector 52 open. This means all safety-relevant components 48 decoupled from the defect. Simultaneously or subsequently, the resulting state of the components and the energy network is optionally given to the driver in step S16 displayed, in particular in the form of a warning message or output of information to the driver, for example optically and / or acoustically, which informs the driver of the detection of the defect. Under certain circumstances, the driver can also be asked to stop the vehicle. This can be signaled to the driver, for example, by the lighting up of a red warning lamp and / or a correspondingly output text "park the vehicle safely". Optionally, the undervoltage event including the associated system time for diagnostic purposes in step is made in parallel S18 stored, in particular in a dedicated error memory.

Weiterhin wird in Schritt S20 überprüft, ob ein Neustart der Komponenten auf sichere Weise möglich ist, d.h. ob ein sicherer Fahrzustand vorliegt, so dass der Trennschalter 52 wieder geschlossen werden kann. Ein sicherer Fahrzustand kann beispielsweise vorliegen, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet oder beim Wiederstarten des Fahrzeugs, da dann davon ausgegangen werden kann, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Auch kann ein sicherer Fahrzustand vorliegen, wenn sich das Kraftfahrzeug zwar nicht im Stillstand befindet, die aktuelle Geschwindigkeit aber kleiner ist als ein vorbestimmbarer Grenzwert, zum Beispiel 5 km/h und/oder wenn ein aktueller Lenkwinkel oder eine Lenkwinkeländerung ebenfalls kleiner ist als ein entsprechend vorgegebener Grenzwert. Wird in Schritt S20 festgestellt, dass kein sicherer Fahrzustand vorliegt, so wird das Verfahren in Schritt S22 beendet und der Trennschalter 52 bleibt geöffnet. Andernfalls kann optional im Schritt S24 dem Fahrer die Auswahl angeboten werden, einen Wiederbelebungsversuch des ersten Teilnetzes 44 zu unternehmen. Lehnt dies der Fall ab, so wird das Verfahren ebenfalls in Schritt S22 beendet. Eine Zustimmung kann der Fahrer beispielsweise durch Betätigung der Zündung bzw. des Start-Knopfes signalisieren. Wünscht der Fahrer also einen Wiederbelebungsversuch, um die meisten Funktionalitäten, welche durch den Trennschalter 52 abgeschaltet wurden, wieder in Betrieb zu nehmen, so werden zunächst vor dem Schließen des Trennschalters 52 alle Energiequellen in Schritt S26 zugeschaltet, um den Kurzschluss bzw. den Schmelzdraht der Schmelzsicherung 58 ausreichend mit Energie versorgen zu können. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der DC/DC-Wandler 32 hinsichtlich seiner minimalen Ausgangsspannung modifiziert werden, um den Kurzschlussstrom auch bei sehr niedrigen Spannungen weitertreiben zu können. Wenn der Trennschalter 52 erneut geschlossen wird, so würde in den meisten Fällen der fließende Kurzschlussstrom innerhalb kurzer Zeit, d.h. im Millisekunden- bzw. Sekundenbereich abhängig vom Kurzschlussstrom, zum Aufschmelzen der Sicherung 58 führen, sodass die Bordnetzspannung wieder normale Werte erreicht. Während dieser Aufschmelzzeit bricht jedoch die Bordnetzspannung auf einen Minimalwert ein. Daher ist es zudem vorteilhaft, wenn alle beteiligten Steuergeräte, d.h. der DC/DC-Wandler, die Steuereinrichtung 60 des Trennschalters 52, Steuergeräte der 12-Volt-Batterie 54, eventuell übergeordnete Steuergeräte für die Wiederinbetriebnahme, die des Hochvolt-Speichers, usw. für die zu erwartenden Minimalspannungen ausgelegt werden, insbesondere zumindest für diese Wiederinbetriebnahmephase, sodass die Wiederinbetriebnahme durchgeführt werden kann und der Vorgang nicht durch die Unterspannung abgebrochen wird. Weiterhin können parallel dazu auch in Schritt S28 vor dem Schließen des Trennschalters 52 die Funktionalität des Eintragens von unterspannungsbedingten Fehlereinträgen in den Fehlerspeicher deaktiviert werden und alle Auslösemechanismen bei detektierter Unterspannung außer Kraft gesetzt werden. Anschließend wird in Schritt S30 der Trennschalter 52 geschlossen. Weiterhin wird in Schritt S32 überprüft, ob nach einer vorbestimmbaren Zeitdauer die Bordnetzspannung wieder normale Werte erreicht, d.h. in diesem Beispiel ihren Normalwert 12 Volt zumindest innerhalb einer vorgebbaren Toleranz erreicht. Falls sich nach dieser definierten Zeitspanne die Bordnetzspannung nicht im normalen Betriebsbereich befindet, wird der Vorgang abgebrochen, indem der Trennschalter 52 im Schritt S34 erneut geöffnet wird. Anschließend ist das Verfahren in Schritt S36 beendet. In Fällen einer erfolgreichen Wiederinbetriebnahme, d.h. wenn sich also die Bordnetzspannung wieder im normaten Betriebsbereich befindet, kann optional wiederum den Fahrer eine entsprechende Information in Schritt S38 ausgegeben werden und der Fahrer über den erfolgreichen Wiederbelebungsversuch informiert werden. Optional kann dieser Vorgang auch für Diagnosezwecke in Schritt S40 abgespeichert werden inklusive der zugehörigen Systemzeit. Auch die übrigen Komponenten können in Schritt S42 wieder bezüglich ihrer normalen Betriebsparameter angepasst werden, und zum Beispiel die herabgesetzte minimale Ausgangsspannung der Wandlereinrichtungen 32 entsprechend wieder erhöht werden. Anschließend ist das Verfahren in Schritt S36 beendet.Continue in step S20 checks whether a restart of the components is possible in a safe manner, ie whether there is a safe driving state, so that the disconnector 52 can be closed again. A safe driving state can exist, for example, when the vehicle is at a standstill or when the vehicle is restarted, since it can then be assumed that the vehicle is at a standstill. There can also be a safe driving state if the motor vehicle is not at a standstill, but the current speed is lower than a predeterminable limit value, for example 5 km / h and / or if a current steering angle or a steering angle change is also smaller than a corresponding one specified limit. Will in step S20 determined that there is no safe driving state, the method in step S22 ended and the disconnector 52 remains open. Otherwise, optional in step S24 the driver is offered the choice of attempting to resuscitate the first subnet 44 to do. If the case refuses, the procedure is also carried out in step S22 completed. The driver can signal approval, for example, by actuating the ignition or the start button. So the driver wishes to try to revive most of the functionalities that are caused by the disconnector 52 have been switched off to put into operation again, so first of all before closing the disconnector 52 all energy sources in step S26 connected to the short circuit or the fuse wire of the fuse 58 to be able to supply enough energy. For example, the DC / DC converter can be used for this purpose 32 modified with regard to its minimum output voltage in order to be able to continue driving the short-circuit current even at very low voltages. If the disconnector 52 is closed again, in most cases the flowing short-circuit current would melt the fuse within a short time, ie in the millisecond or second range depending on the short-circuit current 58 lead so that the vehicle electrical system voltage reaches normal values again. During this melting time, however, the vehicle electrical system voltage drops to a minimum value. It is therefore also advantageous if all control units involved, ie the DC / DC converter, the control device 60 the disconnector 52 Control units of the 12-volt battery 54, possibly higher-level control units for the restart, that of the high-voltage memory, etc. are designed for the minimum voltages to be expected, in particular at least for this restart phase, so that the restart can be carried out and the process cannot be carried out the undervoltage is canceled. Furthermore, parallel to this, also in step S28 before closing the disconnector 52 the functionality of entering undervoltage-related error entries into the error memory is deactivated and all triggering mechanisms are deactivated when undervoltage is detected. Then in step S30 the disconnector 52 closed. Continue in step S32 checks whether the vehicle electrical system voltage again reaches normal values after a predeterminable period of time, that is to say its normal value in this example 12 Volt reached at least within a predeterminable tolerance. If the vehicle electrical system voltage is not within the normal operating range after this defined period of time, the process is interrupted by the disconnector 52 in step S34 is opened again. Then the procedure is in step S36 completed. In the event of a successful restart, that is, if the vehicle electrical system voltage is again within the normal operating range, the driver can optionally be given appropriate information in step S38 are issued and the driver is informed of the successful resuscitation attempt. Optionally, this process can also be used for diagnostic purposes in step S40 can be saved including the associated system time. The other components can also be in step S42 be adjusted again with respect to their normal operating parameters, and for example the reduced minimum output voltage of the converter devices 32 be increased again accordingly. Then the procedure is in step S36 completed.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes bereitgestellt werden kann, gemäß welchen bei einem Energienetz mit Trennschalter, welcher bei Unterspannungen sicherheitsrelevante Komponenten von nicht sicherheitsrelevanten Komponenten entkoppelt, nach einem solchen Ereignis gezielt dieser Trennschalter in sicheren Situationen wieder geschlossen werden kann, wodurch im Normalfall ein Auslösen einer Schmelzsicherung ermöglicht wird. Dadurch können die meisten Funktionen nach diesem Vorgang trotz des aufgetretenen Fehlers wieder in Betrieb genommen werden und auch Liegenbleibern vermieden werden.Overall, the examples show how an on-board electrical system and a method for operating an on-board electrical system can be provided by the invention, according to which, in the case of an energy network with isolating switch, which decouples safety-relevant components from non-safety-relevant components in the event of undervoltage, this isolating switch in safe manner after such an event Situations can be closed again, which normally enables a fuse to be triggered. This means that most of the functions can be put back into operation after this process despite the error that has occurred, and even breakdowns can be avoided.

Claims (9)

Bordnetz (12) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Bordnetz (12) aufweist: - ein erstes Teilnetz (44) und ein zweites Teilnetz (46), wobei das erste und das zweite Teilnetz (44, 46) in einem betriebsgemäßen Zustand elektrisch miteinander verbunden sind; - eine erste Verbrauchergruppe (50) mit mindestens einem ersten Verbraucher (50), wobei die erste Verbrauchergruppe (50) elektrisch an das erste Teilnetz (44) angeschlossen ist; - eine zweite Verbrauchergruppe (48) mit mindestens einem Sicherheitsverbraucher (48), wobei die zweite Verbrauchergruppe (48) elektrisch an das zweite Teilnetz (46) angeschlossen ist, - eine Schaltereinrichtung (52), die derart eingerichtet ist, dass sie in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz (44) vom zweiten Teilnetz (46) elektrisch trennt; - eine zumindest an das zweite Teilnetz (46) angeschlossene erste Energiequelle (54, 32), die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung (52) getrenntem ersten und zweiten Teilnetz (44, 46), zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe (48) ausgelegt ist; dadurch gekennzeichnet, dass - zumindest dem mindestens einen ersten Verbraucher (50) der ersten Verbrauchergruppe (50) eine Überstromschutzeinrichtung (58) zugeordnet ist, die dazu ausgelegt ist, bei einem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher (50) vom ersten Teilnetz (44) zu trennen, wobei die Schaltereinrichtung (52) derart eingerichtet ist, dass im detektierten vorbestimmten Fehlerfall, wenn die erste Verbrauchergruppe (50) von der zweiten Verbrauchergruppe (48) mittels der Schaltereinrichtung (52) getrennt ist, unter der Bedingung, dass gemäß zumindest einem vorbestimmten Kriterium ein sicherer Fahrzustand vorliegt, mittels der Schaltereinrichtung (52) das erste Teilnetz (44) mit dem zweiten Teilnetz (46) wieder elektrisch verbunden wird, - wobei das zumindest eine Kriterium erfüllt ist, wenn ein aktueller Lenkwinkel kleiner ist als ein vorbestimmter Lenkwinkelgrenzwert, und/oder das Bordnetz (12) eine Wandlereinrichtung (32) aufweist, die im betriebsgemäßen Zustand das erste und das zweite Teilnetz (44, 46) mit Energie versorgt, wobei die Wandlereinrichtung (32) derart eingerichtet ist, dass sie bei Unterschreiten eines vorbestimmten minimalen Ausgangsspannungsgrenzwerts abschaltet, wobei nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall und vor dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes (44, 46) der vorbestimmte minimale Ausgangsspannungsgrenzwert der Wandlereinrichtung (32) erniedrigt wird.Vehicle electrical system (12) for a motor vehicle, the vehicle electrical system (12) comprising: - a first subnetwork (44) and a second subnetwork (46), the first and second subnetworks (44, 46) being electrically connected to one another in an operational state are; - a first consumer group (50) with at least one first consumer (50), the first consumer group (50) being electrically connected to the first sub-network (44); - a second consumer group (48) with at least one security consumer (48), the second consumer group (48) being electrically connected to the second sub-network (46), - a switch device (52) which is set up in such a way that it detects one the first sub-network (44) is electrically disconnected from the second sub-network (46) in a predetermined fault; - a first energy source (54, 32) connected at least to the second sub-network (46), which is designed to supply the second consumer group (48) at least when the first and second sub-networks (44, 46) are separated by the switch device (52); characterized in that - at least one at least one first consumer (50) of the first consumer group (50) is assigned an overcurrent protection device (58) which is designed to remove the at least one first consumer (50) from the first sub-network (44 ), the switch device (52) being set up in such a way that, in the detected predetermined fault, when the first consumer group (50) is separated from the second consumer group (48) by means of the switch device (52), under the condition that according to at least According to a predetermined criterion, there is a safe driving state, by means of which the switch device (52) electrically connects the first subnetwork (44) to the second subnetwork (46) again - the at least one criterion being met when a current steering angle is smaller than a predetermined one Steering angle limit, and / or the on-board electrical system (12) has a converter device (32), which operates in the The current state supplies the first and the second sub-network (44, 46) with energy, the converter device (32) being set up in such a way that it switches off when a predetermined minimum output voltage limit is undershot, after the detected predetermined fault and before the first connection is reconnected and the second sub-network (44, 46) the predetermined minimum output voltage limit value of the converter device (32) is lowered. Bordnetz (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kriterium erfüllt ist, wenn eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als ein vorgegebener Geschwindigkeitsgrenzwert.Vehicle electrical system (12) Claim 1 , characterized in that the at least one criterion is met when a current vehicle speed is less than a predetermined speed limit. Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kriterium erfüllt ist, wenn ein Signal zum Wiederstarten des Kraftfahrzeugs erfasst wird.Vehicle electrical system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one criterion is met when a signal for restarting the motor vehicle is detected. Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstromschutzeinrichtung (58) dazu ausgelegt ist, bei dem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher (50) vom ersten Teilnetz (44) irreversibel zu trennen, insbesondere wobei die Überstromschutzeinrichtung (58) als Schmelzsicherung (58) ausgebildet ist.Vehicle electrical system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the overcurrent protection device (58) is designed to irreversibly separate the at least one first consumer (50) from the first subnetwork (44) at the predetermined overcurrent, in particular wherein the overcurrent protection device ( 58) is designed as a fuse (58). Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (12) eine Steuereinrichtung (60) aufweist, die dazu ausgelegt ist, nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall und nach dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes (44, 46) mittels der Schaltereinrichtung (52) zu überprüfen, ob ein vorbestimmter Normalzustand vorliegt, und falls nicht, mittels der Schaltereinrichtung (52) das erste und das zweite Teilnetz (44, 46) mittels der Schaltereinrichtung (52) erneut zu trennen.Vehicle electrical system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle electrical system (12) has a control device (60) which is designed, according to the detected predetermined error and after reconnecting the first and the second sub-network (44, 46) by means of the switch device (52) to check whether a predetermined normal state exists and, if not, by means of the switch device (52) the first and the second sub-network ( 44, 46) by means of the switch device (52). Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Fehlerfall das Auftreten einer vorbestimmten Unterspannung darstellt.Vehicle electrical system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined fault case represents the occurrence of a predetermined undervoltage. Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiequelle (54, 32) eine Energiespeichereinrichtung (54) darstellt, insbesondere eine Batterie (54) und/oder einen Kondensator.Vehicle electrical system (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the first energy source (54, 32) represents an energy storage device (54), in particular a battery (54) and / or a capacitor. Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle with an electrical system (12) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (12) eines Kraftfahrzeugs, welches aufweist: - eine erste Verbrauchergruppe (50) mit mindestens einem ersten Verbraucher (50), wobei die erste Verbrauchergruppe (50) elektrisch an ein erstes Teilnetz (44) angeschlossen ist; - eine zweite Verbrauchergruppe (48) mit mindestens einem Sicherheitsverbraucher (48), wobei die zweite Verbrauchergruppe (48) elektrisch ein zweites Teilnetz (46) angeschlossen ist, - wobei das erste und das zweite Teilnetz (44, 46) in einem betriebsgemäßen Zustand elektrisch miteinander verbunden sind; - eine Schaltereinrichtung (52), die in einem detektierten vorbestimmten Fehlerfall das erste Teilnetz (44) vom zweiten Teilnetz (46) elektrisch trennt; - eine erste Energiequelle (54, 32), die zumindest bei durch die Schaltereinrichtung (52) getrenntem ersten und zweiten Teilnetz (44, 46), zum Versorgen der zweiten Verbrauchergruppe (48) ausgelegt ist; dadurch gekennzeichnet, dass - zumindest dem mindestens einen ersten Verbraucher (50) der ersten Verbrauchergruppe (50) eine Überstromschutzeinrichtung (58) zugeordnet ist, die dazu ausgelegt ist, bei einem vorbestimmten Überstrom den mindestens einen ersten Verbraucher (50) vom ersten Teilnetz (44) zu trennen, wobei im detektierten vorbestimmten Fehlerfall, wenn die erste Verbrauchergruppe (50) von der zweiten Verbrauchergruppe (48) mittels der Schaltereinrichtung (52) getrennt ist, bei Erfüllt-Sein zumindest der Bedingung, dass gemäß zumindest einem vorbestimmten Kriterium ein sicherer Fahrzustand vorliegt, mittels der Schaltereinrichtung (52) das erste Teilnetz (44) mit dem zweiten Teilnetz (46) wieder elektrisch verbunden wird, - wobei das zumindest eine Kriterium erfüllt ist, wenn ein aktueller Lenkwinkel kleiner ist als ein vorbestimmter Lenkwinkelgrenzwert, und/oder das Bordnetz (12) eine Wandlereinrichtung (32) aufweist, die im betriebsgemäßen Zustand das erste und das zweite Teilnetz (44, 46) mit Energie versorgt, wobei die Wandlereinrichtung (32) derart eingerichtet ist, dass sie bei Unterschreiten eines vorbestimmten minimalen Ausgangsspannungsgrenzwerts abschaltet, wobei nach dem detektierten vorbestimmten Fehlerfall und vor dem erneuten Verbinden des ersten und des zweiten Teilnetzes (44, 46) der vorbestimmte minimale Ausgangsspannungsgrenzwert der Wandlereinrichtung (32) erniedrigt wird.Method for operating an on-board network (12) of a motor vehicle, comprising: - a first consumer group (50) with at least one first consumer (50), the first consumer group (50) being electrically connected to a first sub-network (44); - A second consumer group (48) with at least one security consumer (48), the second consumer group (48) being electrically connected to a second sub-network (46), - The first and second sub-networks (44, 46) being electrical in an operational state are connected to each other; - A switch device (52), which electrically isolates the first sub-network (44) from the second sub-network (46) in the event of a detected predetermined fault; - a first energy source (54, 32), which is designed to supply the second consumer group (48) at least when the first and second sub-networks (44, 46) are separated by the switch device (52); characterized in that - at least one at least one first consumer (50) of the first consumer group (50) is assigned an overcurrent protection device (58) which is designed to remove the at least one first consumer (50) from the first sub-network (44 ), whereby in the detected predetermined fault case, when the first consumer group (50) is separated from the second consumer group (48) by means of the switch device (52), at least if the condition is fulfilled, that according to at least one predetermined criterion a safe driving state is present, by means of the switch device (52) the first sub-network (44) is electrically connected again to the second sub-network (46), - the at least one criterion being met if a current steering angle is smaller than a predetermined steering angle limit value, and / or that Vehicle electrical system (12) has a converter device (32) which, in the operational state, the first and the the second sub-network (44, 46) is supplied with energy, the converter device (32) being set up in such a way that it switches off when it falls below a predetermined minimum output voltage limit, after the detected predetermined fault and before the first and second sub-networks (44 , 46) the predetermined minimum output voltage limit value of the converter device (32) is lowered.
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