DE102018218312A1 - Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement - Google Patents
Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018218312A1 DE102018218312A1 DE102018218312.0A DE102018218312A DE102018218312A1 DE 102018218312 A1 DE102018218312 A1 DE 102018218312A1 DE 102018218312 A DE102018218312 A DE 102018218312A DE 102018218312 A1 DE102018218312 A1 DE 102018218312A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- energy
- supply arrangement
- operating state
- voltage
- electrical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0024—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
- B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
- B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/10—DC to DC converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/549—Current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
- H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
- H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
- H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanordnung (13) mit einem Ausgang (40) zum Koppeln mit einem elektrischen Verbraucher (36), und einer ersten und zumindest einer zweiten Energiespeichereinheit (B1, B2, B3, BN), die in einem ersten Betriebszustand zueinander parallel geschaltet sind und eine vorbestimmte erste Versorgungsspannung (U1) am Ausgang (40) bereitstellen. Die Energieversorgungsanordnung (13) umfasst weiterhin einen Eingang (38) zum Koppeln mit einer Energiequelle (32), eine erste Schaltereinheit (44), die in einem geschlossenen Zustand die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit (B1, B2, B3, BN) im ersten Betriebszustand mit dem Eingang (38) koppelt und im zweiten Betriebszustand in einem geöffneten Zustand vom Eingang (38) entkoppelt, und eine zweite Schaltereinheit (46), die im zweiten Betriebszustand die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit (B1, B2, B3, BN) in Reihe schaltet, um am Ausgang (40) eine vorbestimmte zweite größere Versorgungsspannung (U2) zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers (36) bereitzustellen.The invention relates to an energy supply arrangement (13) with an output (40) for coupling to an electrical consumer (36), and a first and at least a second energy storage unit (B1, B2, B3, BN), which are connected in parallel to one another in a first operating state and provide a predetermined first supply voltage (U1) at the output (40). The energy supply arrangement (13) further comprises an input (38) for coupling to an energy source (32), a first switch unit (44) which, in a closed state, the first and the at least one second energy storage unit (B1, B2, B3, BN) couples in the first operating state to the input (38) and decouples in an open state from the input (38) in the second operating state, and a second switch unit (46) which, in the second operating state, the first and the at least one second energy storage unit (B1, B2, B3, BN) connects in series in order to provide a predetermined second larger supply voltage (U2) at the output (40) for supplying the electrical consumer (36).
Description
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanordnung zur Versorgung zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Niedervolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, wobei die Energieversorgungsanordnung einen Ausgang zum Koppeln mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweist, eine erste Energiespeichereinheit und zumindest eine zweite Energiespeichereinheit, wobei die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit in einem ersten Betriebszustand zueinander parallel geschaltet sind und dazu ausgelegt sind, im ersten Betriebszustand eine vorbestimmte erste Versorgungsspannung am Ausgang zur Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers bereitzustellen. Zur Erfindung gehört auch ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanordnung.The invention relates to an energy supply arrangement for supplying at least one electrical consumer to a low-voltage electrical system of a motor vehicle, the energy supply arrangement having an output for coupling to the at least one electrical consumer, a first energy storage unit and at least a second energy storage unit, the first and the at least one second Energy storage units are connected in parallel in a first operating state and are designed to provide a predetermined first supply voltage at the output for supplying the at least one electrical consumer in the first operating state. The invention also includes an electrical system for a motor vehicle, and a method for operating an energy supply arrangement.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Verschaltung einzelner Energiespeichereinheiten von Energiespeichern, wie zum Beispiel Batterien, bekannt. Beispielsweise beschreibt die
Kraftfahrzeug-Bordnetze weisen typischerweise eine oder mehrere definierte Spannungslagen auf, wie beispielsweise eine Niederspannungslage bei 12 Volt und zum Beispiel eine Hochspannungslage mit 800 Volt oder auch eine Mittelvoltspannungslage bei 48 Volt. Die entsprechend an diese Teilnetze angeschlossenen Verbraucher sind gezielt auf die betreffenden Versorgungsspannungen ausgelegt. Weiterhin kann zum Beispiel das Niedervolt-Bordnetz über eine Wandlereinrichtung, wie beispielsweise einen DC/DC-Wandler, aus dem Hochvolt-Bordnetz oder dem Mittelvoltbordnetz gespeist werden. Diese Wandlereinrichtung wandelt dann gezielt die höhere Spannungslage auf die Niedervoltspannungslage um. Würde die Spannungslage innerhalb eines solchen Teilnetzes, wie zum Beispiel das Niedervolt-Bordnetz, variieren oder variierbar ausgelegt sein, so würde dies eine Anpassung aller möglichen Verbraucher sowie beispielsweise auch der Wandlereinrichtung bedeuten. Um beispielsweise einen Verbraucher temporär mit höherer Leistung versorgen zu können, wird daher normalerweise auf spezielle leistungsoptimierte Energiespeicher, wie zum Beispiel Kondensatoren, zurückgegriffen, die innerhalb kurzer Zeit einen sehr hohen Strom bereitstellen können, wie dies beispielsweise ebenfalls in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energieversorgungsanordnung, ein Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanordnung bereitzustellen, die mehr Flexibilität bezüglich der Energieversorgung zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Niederspannungsbordnetzes auf möglichst einfache Weise erlauben.The object of the present invention is to provide an energy supply arrangement, an on-board electrical system and a method for operating an energy supply arrangement, which allow more flexibility with regard to the energy supply of at least one electrical consumer of a low-voltage electrical system in the simplest possible way.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Energieversorgungsanordnung, durch ein Bordnetz und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by an energy supply arrangement, by an on-board electrical system 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.
Eine erfindungsgemäße Energieversorgungsanordnung zur Versorgung zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Niedervolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs weist einen Ausgang zum Koppeln mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher auf, eine erste Energiespeichereinheit und zumindest eine zweite Energiespeichereinheit, wobei die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit in einem ersten Betriebszustand zueinander parallel geschaltet sind und dazu ausgelegt sind, im ersten Betriebszustand eine vorbestimmte erste Versorgungsspannung am Ausgang zur Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers bereitzustellen. Darüber hinaus umfasst die Energieversorgungsanordnung einen Eingang zum Koppeln mit einer Energiequelle, eine erste Schaltereinheit, die dazu ausgelegt ist, in einem geschlossenen Zustand die erste und die mindestens eine zweite Energiespeichereinheit mit dem Eingang zu koppeln und in einem geöffneten Zustand vom Eingang zu entkoppeln, wobei sich die erste Schaltereinheit im ersten Betriebszustand im geschlossenen Zustand befindet und in einem zweiten Betriebszustand im geöffneten Zustand befindet. Zudem umfasst die Energieversorgungsanordnung eine zweite Schaltereinheit, die dazu ausgelegt ist, im zweiten Betriebszustand die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit in Reihe zu schalten, um am Ausgang eine vorbestimmte zweite Versorgungsspannung, die größer ist als die erste Versorgungsspannung, zur Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers bereitzustellen.An energy supply arrangement according to the invention for supplying at least one electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle has an output for coupling to the at least one electrical consumer, a first energy storage unit and at least a second energy storage unit, the first and the at least one second energy storage unit in a first operating state are connected in parallel to one another and are designed to provide a predetermined first supply voltage at the output for supplying the at least one electrical consumer in the first operating state. In addition, the energy supply arrangement comprises an input for coupling to an energy source, a first switch unit is designed to couple the first and the at least one second energy storage unit to the input in a closed state and to decouple them from the input in an open state, the first switch unit being in the first operating state in the closed state and in a second operating state in the open state Condition. In addition, the energy supply arrangement comprises a second switch unit, which is designed to connect the first and the at least one second energy storage unit in series in the second operating state in order to supply a predetermined second supply voltage, which is greater than the first supply voltage, for supplying the at least one provide electrical consumer.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, mittels der ersten Schaltereinheit im zweiten Betriebszustand die Energieversorgungsanordnung vom restlichen Energienetz zu entkoppeln und gezielt für den zumindest einen elektrischen Verbraucher am Ausgang eine erhöhte Versorgungsspannung bereitzustellen. Durch die Entkopplungsmöglichkeit sind vorteilhafterweise keinerlei Anpassungen anderer Verbraucher oder Komponenten dieses Energienetzes, wie zum Beispiel einer Wandlereinrichtung als Energiequelle, erforderlich. Gleichzeitig wird es ermöglicht, gezielt für zumindest eine elektrische Komponente beziehungsweise einen elektrischen Verbraucher unterschiedliche Versorgungsspannungen in unterschiedlichen Betriebszuständen bereitzustellen, was letztendlich auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders hohes Maß an Flexibilität bezüglich der Energieversorgung dieses Verbrauchers bereitstellt. Die Erfindung beruht dabei auf mehreren Erkenntnissen: Das hochautomatisierte Fahren ermöglicht neue Funktionen und Angebote für Benutzer in der Zukunft. So ist es zukünftig möglich, auch als Fahrer sich nicht mehr der Fahraufgabe zu widmen und anderen Beschäftigungen nachzugehen. Dabei kommen auch neue Sitzverstellungsmöglichkeiten während der Fahrt in Betracht, so zum Beispiel das Drehen des Sitzes oder aber auch die Verstellung der Sitzlehnen-Neigung, um eine gemütlichere Sitz- oder Liegeposition während des Fahrens einzunehmen. Jedoch resultieren aus diesen Überlegungen auch neue Herausforderungen. Zum einen möchte man bei einem Unfall den Fahrer und/oder Insassen in eine möglichst optimale Sitzposition bringen, um die Wirkung der installierten Rückhaltesysteme zu optimieren. Zum anderen möchte man bei bestimmten Fehlern im Fahrzeug den Fahrer wieder schnell in die Fahraufgabe zurückbringen. Beides erfordert dann eine möglichst schnelle Verstellmöglichkeit der Sitzposition. Dies ist jedoch mit heutigen Stellmotoren für die Sitzverstellung nicht einfach möglich, da Untersuchungen zeigen, dass die Verstellgeschwindigkeiten für diese Fälle nicht ausreichend sind. Falls man jedoch bei den heutigen Stellmotoren die Betriebsspannung erhöht, erhöhen sich auch die möglichen Leistungen und Stellgeschwindigkeiten. Die Erfindung ermöglicht es nun vorteilhafterweise, mittels der Energieversorgungsanordnung die am Ausgang bereitgestellte Versorgungsspannung zu erhöhen, insbesondere um ein Vielfaches, was wiederum für den zumindest einen elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise einen Stellmotor einer elektrischen Sitzverstelleinrichtung eines Sitzes, eine kurzfristige Erhöhung der Betriebsspannung des Motors und deren Ansteuerung auf ein Vielfaches ermöglicht. Zudem kann dies auf besonders einfache Weise durch eine leichte Modifikation zum Beispiel einer redundanten 12-Volt-Batterie erfolgen, welche in heutigen Konzepten für das hochautomatisierte Fahren bereits ohnehin verbaut werden muss, um den hohen Sicherheitsanforderungen zu genügen. Gerade also bei für das hochautomatisierte Fahren ausgelegten Niedervolt-Bordnetzen lässt sich die Erfindung auf einfache Weise lediglich durch das Vorsehen einer ersten und zweiten Schaltereinheit umsetzen, ohne dass am übrigen Niedervolt-Bordnetz und den daran angeschlossenen sonstigen Verbrauchern irgendwelche Modifikationen durchgeführt werden müssten. Nichtsdestoweniger ist die beschriebene Idee auch für andere Funktionen als Sitzverstellungen anwendbar und nicht allein auf hochautomatisiert fahrende Fahrzeuge beschränkt.The invention advantageously makes it possible to use the first switch unit in the second operating state to decouple the energy supply arrangement from the rest of the energy network and to provide an increased supply voltage for the at least one electrical consumer at the output. The decoupling option advantageously means that no adaptations of other consumers or components of this energy network, such as a converter device as an energy source, are required. At the same time, it is possible to provide different supply voltages in different operating states specifically for at least one electrical component or an electrical consumer, which ultimately provides a particularly high degree of flexibility with regard to the energy supply of this consumer in a particularly simple and inexpensive manner. The invention is based on several findings: The highly automated driving enables new functions and offers for users in the future. In the future, it will be possible, even as a driver, to no longer devote yourself to the driving task and pursue other activities. New seat adjustment options are also possible during the journey, such as rotating the seat or adjusting the backrest angle to take a more comfortable sitting or lying position while driving. However, these considerations also result in new challenges. On the one hand, in the event of an accident, one would like to bring the driver and / or occupants into the best possible seating position in order to optimize the effect of the installed restraint systems. On the other hand, you want to quickly bring the driver back to the driving task in the event of certain errors in the vehicle. Both then require the seat position to be adjusted as quickly as possible. However, this is not easily possible with today's servomotors for seat adjustment, since studies show that the adjustment speeds are not sufficient for these cases. However, if the operating voltage is increased in today's servomotors, the possible powers and positioning speeds also increase. The invention now advantageously makes it possible, by means of the energy supply arrangement, to increase the supply voltage provided at the output, in particular by a multiple, which in turn increases the operating voltage of the motor for a short time for the at least one electrical consumer, such as a servomotor of an electrical seat adjustment device of a seat, and their control enables a multiple. In addition, this can be done in a particularly simple manner by means of a slight modification, for example of a redundant 12-volt battery, which must already be installed in today's concepts for highly automated driving in order to meet the high safety requirements. Especially in the case of low-voltage on-board electrical systems designed for highly automated driving, the invention can be implemented in a simple manner simply by providing a first and second switch unit, without any modifications having to be carried out on the remaining low-voltage on-board electrical system and the other consumers connected to it. Nonetheless, the idea described can also be used for functions other than seat adjustments and is not restricted solely to highly automated vehicles.
Vorzugsweise ist die Energieversorgungsanordnung im ersten Betriebszustand dazu ausgelegt, am Ausgang eine Versorgungsspannung bereitzustellen, die dem für das Niedervolt-Bordnetz definierten Spannungslage entspricht. Diese beträgt derzeit 12 Volt, kann aber im Allgemeinen auch anders definiert sein. Der Ausgang der Energieversorgungsanordnung kann beispielsweise durch zwei Ausgangsanschlüsse bereitgestellt sein, von denen einer auf Masse liegt. Entsprechend kann auch der Eingang der Energieversorgungsanordnung durch zwei Eingangsanschlüsse bereitgestellt sein, von denen einer ebenfalls auf Masse liegen kann. In einem solchen Fall ist die erste Schaltereinheit zum Trennen der beiden Energiespeichereinheiten von dem nicht auf Masse liegenden Eingangsanschluss ausgelegt. Im ersten Betriebszustand sind die mindestens zwei Energiespeichereinheiten dann sowohl in Bezug auf die Ausgangsanschlüsse als auch in Bezug auf die Eingangsanschlüsse parallel geschaltet und im zweiten Betriebszustand sind die mindestens zwei Energiespeichereinheiten zu den beiden Ausgangsanschlüssen in Serie geschaltet und vom Eingang entkoppelt.In the first operating state, the energy supply arrangement is preferably designed to provide a supply voltage at the output which corresponds to the voltage level defined for the low-voltage electrical system. This is currently 12 volts, but can generally be defined differently. The output of the energy supply arrangement can be provided, for example, by two output connections, one of which is connected to ground. Correspondingly, the input of the energy supply arrangement can also be provided by two input connections, one of which can also be grounded. In such a case, the first switch unit is designed to separate the two energy storage units from the input connection which is not grounded. In the first operating state, the at least two energy storage units are then connected in parallel both with respect to the output connections and with respect to the input connections, and in the second operating state the at least two energy storage units are connected in series with the two output connections and decoupled from the input.
Bei den mindestens zwei Energiespeichereinheiten, das heißt der ersten und der zumindest einen zweiten Energiespeichereinheit kann es sich jeweils um eine Batterie bzw. ein Batteriemodul oder eine oder mehrere Batteriezellen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen, und/oder einen Kondensator oder mehrere Kondensatoren oder beliebige Kombinationen davon handeln. Es können aber auch mehr als nur zwei Energiespeichereinheiten, zum Beispiel drei, vier, fünf und so weiter, vorgesehen sein. Die am Ausgang bereitgestellte Versorgungsspannung im zweiten Betriebszustand stellt dabei immer die Summenspannung der einzelnen Spannungen der mindestens zwei Energiespeichereinheiten dar. Umfasst beispielsweise die Energieversorgungsanordnung genau zwei Energiespeichereinheiten in Form von zwei 12-Volt-Batterien, so wird im zweiten Betriebszustand eine Versorgungsspannung von 24 Volt am Ausgang bereitgestellt, umfasst die Energieversorgungsanordnung dagegen drei 12-Volt-Batterien als Energiespeichereinheiten, so wird entsprechend im zweiten Betriebszustand am Ausgang eine Versorgungsspannung von 36 Volt bereitgestellt, und so weiter.The at least two energy storage units, that is to say the first and the at least one second energy storage unit, can each be a battery or a battery module or one or more battery cells, for example lithium-ion cells, and / or a capacitor or several capacitors or any Act combinations of these. However, more than just two energy storage units, for example three, four, five and so on, can also be provided. The supply voltage provided at the output in the second operating state always represents the total voltage of the individual voltages of the at least two energy storage units. If, for example, the energy supply arrangement comprises exactly two energy storage units in the form of two 12-volt batteries, in the second operating state a supply voltage of 24 volts is reached On the other hand, if the output is provided, the energy supply arrangement comprises three 12-volt batteries as energy storage units, a supply voltage of 36 volts is accordingly provided at the output in the second operating state, and so on.
Vorteilhaft ist es vor allem, wenn die am Ausgang im zweiten Betriebszustand bereitstellbare Versorgungsspannung maximal 60 Volt beträgt. Hintergrund ist, dass die zumindest eine elektrische Komponente beziehungsweise der zumindest eine elektrische Verbraucher für die im zweiten Betriebszustand bereitgestellte höhere Versorgungsspannung ebenfalls entsprechend ausgelegt werden muss, dies jedoch gerade in Spannungsbereichen kleiner 60 Volt Gleichstrom im Normalfall kaum oder nur geringfügige bauliche Änderungen erfordert.It is particularly advantageous if the supply voltage that can be provided at the output in the second operating state is a maximum of 60 volts. The background is that the at least one electrical component or the at least one electrical consumer must also be designed accordingly for the higher supply voltage provided in the second operating state, but this requires hardly any or only minor structural changes, particularly in voltage ranges of less than 60 volts direct current.
Weiterhin ist die erste Schaltereinheit vorzugsweise als bidirektionaler Schalter ausgebildet, welcher in beide Richtungen, das heißt beide Stromlaufrichtungen, eine Sperrung ermöglicht. Dazu kann die erste Schaltereinheit beispielsweise auch mehrere Einzelschalter aufweisen, insbesondere elektronisch steuerbare Schalter, wie beispielsweise zwei MOSFETs (Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistoren). Auch die zweite Schaltereinheit kann mehrere Einzelschalter umfassen, die ebenfalls jeweils als elektronisch steuerbare Schalter, insbesondere als Halbleiterschaltelemente wie zum Beispiel ebenfalls MOSFETs, ausgebildet sein können.Furthermore, the first switch unit is preferably designed as a bidirectional switch which enables blocking in both directions, that is to say both directions of current flow. For this purpose, the first switch unit can also have, for example, a plurality of individual switches, in particular electronically controllable switches, such as two MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors). The second switch unit can also comprise a plurality of individual switches, which can also each be designed as electronically controllable switches, in particular as semiconductor switching elements such as MOSFETs, for example.
Zudem kann die Energieversorgungsanordnung eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der ersten Schaltereinheit sowie der zweiten Schaltereinheit, sowie optionalen weiteren Schaltereinheiten, zum Beispiel einer dritten Schaltereinheit oder eines weiteren Schalters der später näher erläuterten Strombegrenzungseinrichtung, aufweisen. Diese ist dazu ausgelegt, die Schalter zur Umsetzung des ersten und zweiten Betriebszustands, sowie Übergangsphasen entsprechend anzusteuern.In addition, the energy supply arrangement can have a control device for controlling the first switch unit and the second switch unit, as well as optional further switch units, for example a third switch unit or a further switch of the current limiting device explained in more detail later. This is designed to control the switches for implementing the first and second operating states, as well as transition phases accordingly.
Wird also nun von dem zumindest einen elektrischen Verbraucher kurzzeitig eine höhere Spannung benötigt, so kann vorteilhafterweise die Energieversorgungsanordnung vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand geschaltet werden und dadurch die höhere Versorgungsspannung am Ausgang bereitstellen. Anschließend kann, das heißt wird vom zumindest einen elektrischen Verbraucher keine erhöhte Versorgungsspannung mehr benötigt, wieder vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand geschaltet werden. Beim Umschalten vom zweiten in den ersten Betriebszustand kann es jedoch vorkommen, dass nunmehr die mindestens zwei Energiespeichereinheiten eine von der mit dem Eingang zu koppelnden Energiequelle bereitgestellten Versorgungsspannung differierende Spannung aufweisen. Stellen die Energiespeichereinheiten beispielsweise Batterien dar, die temporär in Serie geschaltet werden, um den zumindest einen elektrischen Verbraucher kurzzeitig mit einer erhöhten Versorgungsspannung zu versorgen, so werden diese Batterien währenddessen entladen, da sie durch die erste Schaltereinheit von der Energiequelle entkoppelt sind. Gleiches gilt auch für Kondensatoren. Ein erneutes Zuschalten zur Energiequelle, das heißt beim Wechsel vom zweiten in den ersten Betriebszustand, können sich dann entsprechend aufgrund eines hochstromfähigen Aufbaus des Batteriesystems hohe Ausgleichsströme ergeben, welche einerseits das Energienetz unzulässig beeinflussen könnten, aber auch die Halbleiter beschädigen könnten.If a higher voltage is now required for a short time by the at least one electrical consumer, the energy supply arrangement can advantageously be switched from the first operating state to the second operating state and thereby provide the higher supply voltage at the output. Subsequently, that is to say the increased supply voltage is no longer required by the at least one electrical consumer, it is possible to switch back from the second operating state to the first operating state. When switching from the second to the first operating state, however, it can happen that the at least two energy storage units now have a voltage different from the supply voltage to be coupled to the input energy source. If the energy storage units are, for example, batteries that are temporarily connected in series in order to supply the at least one electrical consumer with an increased supply voltage for a short time, these batteries are discharged in the meantime, since they are decoupled from the energy source by the first switch unit. The same applies to capacitors. A renewed connection to the energy source, that is to say when changing from the second to the first operating state, can accordingly result in high equalizing currents due to the high-current design of the battery system, which on the one hand could influence the energy network inadmissibly but could also damage the semiconductors.
Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, dass die Energieversorgungsanordnung eine Strombegrenzungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, bei einem Übergang vom zweiten Betriebszustand zum ersten Betriebszustand in einem über den Eingang mit der Energiequelle gekoppelten Zustand der Energieversorgungsanordnung einen von der Energiequelle zur ersten und zumindest einen zweiten Energiespeichereinheit fließenden Ausgleichsstrom bzw. Ladestrom zu begrenzen. Somit kann vorteilhafterweise bei einer großen Spannungsdifferenz zwischen der durch die Energiequelle bereitgestellten Spannung und der durch die Energieeinheiten bereitgestellten Spannung eine negative Beeinflussung des Energienetzes sowie eine mögliche Beschädigung der Halbleiter vermieden werden. Im umgekehrten Fall, das heißt falls die durch die Energiespeichereinheiten bereitgestellte Spannung größer sein sollte als die durch die Energiequelle bereitgestellte Spannung, was durch Rückspeisungseffekte durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher, zum Beispiel mit einem Gleichstrommotor, der Fall sein kann, so lässt sich diese Spannungsdifferenz auf einfache Weise dadurch reduzieren, indem mit dem Ausgang der Energieversorgungsanordnung gekoppelte elektrische Verbraucher mit Energie gespeist werden, oder eventuell weitere Verbraucher zugeschaltet werden, bis die Differenzspannung, das heißt die Spannung zwischen den jeweiligen Energiespeichereinheiten und der durch die Energiequelle bereitgestellten Spannung, einen Minimalwert, das heißt einen vorbestimmten Grenzwert, unterschreitet. Dann kann die erste Schaltereinheit wieder geschlossen werden und dadurch die Energieversorgungsanordnung in den ersten Betriebszustand sicher überführt werden.It is therefore a further advantageous embodiment of the invention that the energy supply arrangement has a current limiting device which is designed to switch one from the energy source to the first during a transition from the second operating state to the first operating state in a state of the energy supply arrangement coupled via the input to the energy source and limit at least one second energy storage unit flowing compensation current or charging current. Thus, in the case of a large voltage difference between the voltage provided by the energy source and the voltage provided by the energy units, a negative influence on the energy network and possible damage to the semiconductors can be avoided. In the opposite case, that is to say if the voltage provided by the energy storage units should be greater than the voltage provided by the energy source, which can be the case due to feedback effects from the at least one electrical consumer, for example with a DC motor, this voltage difference can be determined reduce in a simple manner by supplying electrical loads coupled with the output of the energy supply arrangement, or possibly connecting further loads, until the differential voltage, i.e. the voltage between the respective energy storage units and the voltage provided by the energy source, reaches a minimum value, this means falls below a predetermined limit. The first switch unit can then be closed again and the energy supply arrangement can thereby be safely brought into the first operating state.
Zur Ausgestaltung der Strombegrenzungseinrichtung gibt es nun vorteilhafterweise mehrere Möglichkeiten. In einer besonders einfachen Variante kann die Strombegrenzungseinrichtung als zumindest ein in Serie zur ersten Schaltereinheit angeordneter elektrischer Widerstand ausgebildet sein. Allerdings wird ein solcher elektrischer Widerstand permanente Energieverluste bedeuten, insbesondere auch während sich die Energieversorgungsanordnung im ersten Betriebszustand befindet.There are now advantageously several options for designing the current limiting device. In a particularly simple variant, the current limiting device can be designed as at least one electrical resistor arranged in series with the first switch unit. However, such an electrical resistance will mean permanent energy losses, in particular even while the energy supply arrangement is in the first operating state.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strombegrenzungseinrichtung als zumindest ein permanent parallel zur ersten Schaltereinheit geschalteter elektrischer Widerstand ausgebildet. Hierdurch werden zwar auch permanent Energieverluste verursacht, wird dieser elektrische Widerstand jedoch groß genug gewählt, so sind die Energieverluste während des normalen ersten Betriebszustands äußerst gering. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung der Strombegrenzungseinrichtung dar.In a further advantageous embodiment of the invention, the current limiting device is designed as at least one electrical resistor permanently connected in parallel to the first switch unit. This also causes permanent energy losses, but if this electrical resistance is chosen to be large enough, the energy losses during the normal first operating state are extremely low. This represents a particularly simple and inexpensive design of the current limiting device.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strombegrenzungseinrichtung als zumindest ein parallel zur ersten Schaltereinheit mittels einer dritten Schaltereinheit schaltbarer elektrischer Widerstand ausgebildet. Soll also beispielsweise vom zweiten Betriebszustand zurück in den ersten Betriebszustand geschaltet werden, so wird zunächst, bevor die erste Schaltereinheit in den geschlossenen Zustand übergeht, die dritte Schaltereinheit geschlossen, die somit die mindestens zwei Energiespeichereinheiten über diesen elektrischen Widerstand mit dem Eingang koppelt, wodurch nun ein begrenzter Ausgleichsstrom von der Energiequelle zu den Energiespeichereinheiten fließen kann und diese lädt, wodurch sich deren Spannung erhöht und derjenigen der Energiequelle wieder annähert. Erst, wenn die Differenzspannung zwischen der am Eingang anliegenden und durch die Energiequelle bereitgestellte Spannung und der durch die jeweiligen Energiespeichereinheiten bereitgestellten Einzelspannungen einen vorbestimmbaren Grenzwert unterschreitet, wird die erste Schaltereinheit geschlossen und die dritte Schaltereinheit wieder geöffnet, was nunmehr den Vorteil hat, dass nur während dieser Übergangsphase vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand Energieverluste durch diesen elektrischen Widerstand zu verzeichnen sind, anschließend im ersten Betriebszustand jedoch nicht mehr. Dies stellt eine besonders einfache, kostengünstige und energieeffiziente Maßnahme zur Strombegrenzung dar.In a further advantageous embodiment of the invention, the current limiting device is designed as at least one electrical resistor which can be switched in parallel with the first switch unit by means of a third switch unit. If, for example, you want to switch from the second operating state back to the first operating state, the third switch unit is first closed before the first switch unit changes to the closed state, which thus couples the at least two energy storage units to the input via this electrical resistor, so that now a limited equalizing current can flow from the energy source to the energy storage units and charge them, whereby their voltage increases and approximates that of the energy source again. Only when the differential voltage between the voltage present at the input and provided by the energy source and the individual voltages provided by the respective energy storage units falls below a predeterminable limit value, is the first switch unit closed and the third switch unit opened again, which now has the advantage that only during This transition phase from the second operating state into the first operating state shows energy losses due to this electrical resistance, but subsequently no longer in the first operating state. This represents a particularly simple, inexpensive and energy-efficient measure for current limitation.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strombegrenzungseinrichtung als eingangsseitig angeordneter Abwärtswandler ausgebildet. Dies lässt sich beispielsweise einfach durch eine zusätzliche Induktivität und einen zusätzlichen Schalter realisieren. Eventuell kann auch noch ein Eingangskondensator vorgesehen sein. Die zusätzliche Induktivität ist dann vorzugsweise in Serie zur ersten Schaltereinheit und zwischen der ersten Schaltereinheit und den mindestens zwei Energiespeichereinheiten angeordnet, insbesondere zwischen der ersten Schaltereinheit und der Schaltungsanordnung aus den mindestens zwei Energiespeichereinheiten. Der zusätzliche Schalter, der beispielsweise ebenfalls als Halbleiterschalter, zum Beispiel als MOSFET, ausgebildet sein kann, befindet sich vorzugsweise parallel zur Schaltungsanordnung mit den mindestens zwei Energiespeichereinheiten und ist mit einem ersten Anschluss zwischen die erste Schaltereinheit und der Induktivität geschaltet und mit einem zweiten Anschluss mit Masse gekoppelt. Der optionale Kondensator kann die beiden Eingangsanschlüsse miteinander verbinden. Zum Betrieb dieses Abwärtswandlers können dann ein erster Schalter der ersten Schaltereinheit statisch geschlossen und ein zweiter Schalter der ersten Schaltereinheit und der zusätzliche Schalter mit einer festen Schaltfrequenz abwechselnd pulsweitenmoduliert geöffnet und geschlossen werden. Zum geregelten Hochlaufen der Energieversorgungsanordnung bietet sich ein Stromregler an, welcher durch die Messung der Drain-Source-Spannung über dem ersten Schalter der ersten Schaltereinheit sein Eingangssignal erhält. Beim Erreichen einer akzeptierten Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang und den Spannungen der Energiespeichereinheiten kann statisch zugeschaltet werden. Dies bedeutet, die Taktung wird abgeschaltet, der zusätzliche Schalter geöffnet und beide Schalter der ersten Schaltereinheit befinden sich nunmehr im geschlossenen Zustand. Dies stellt jedoch nur eine Ausbildungsmöglichkeit für einen solchen Abwärtswandler dar. Ergänzend zu dem beschriebenen Aufbau dieses Abwärtswandlers kann auch noch ein parallel zur Induktivität sitzender MOSFET zur Überbrückung der Induktivität im normalen Betrieb, das heißt im ersten Betriebszustand, der Energieversorgungsanordnung vorgesehen sein. Dadurch können vorteilhafterweise zusätzlich die Verluste in der Induktivität während des normalen Betriebs reduziert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the current limiting device is designed as a down converter arranged on the input side. This can be easily achieved, for example, with an additional inductance and an additional switch. An input capacitor may also be provided. The additional inductance is then preferably arranged in series with the first switch unit and between the first switch unit and the at least two energy storage units, in particular between the first switch unit and the circuit arrangement comprising the at least two energy storage units. The additional switch, which can also be configured as a semiconductor switch, for example as a MOSFET, is preferably located parallel to the circuit arrangement with the at least two energy storage units and is connected with a first connection between the first switch unit and the inductor and with a second connection Mass coupled. The optional capacitor can connect the two input connections. To operate this step-down converter, a first switch of the first switch unit can then be statically closed and a second switch of the first switch unit and the additional switch can be opened and closed alternately with pulse width modulation at a fixed switching frequency. A current regulator, which receives its input signal by measuring the drain-source voltage across the first switch of the first switch unit, is suitable for the controlled startup of the energy supply arrangement. When an accepted voltage difference between the input and the voltages of the energy storage units is reached, it can be switched on statically. This means that the clocking is switched off, the additional switch is opened and both switches of the first switch unit are now in the closed state. However, this represents only one training option for such a step-down converter. In addition to the described construction of this step-down converter, a MOSFET which is located parallel to the inductance can also be provided for bridging the inductance in normal operation, that is to say in the first operating state, of the energy supply arrangement. As a result, the losses in the inductance during normal operation can advantageously also be reduced.
Diese beschriebenen Vorladekonzepte können auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden und vorteilhafterweise von einem unabhängig von der Anzahl verwendeter Energiespeichereinheiten vorgesehen werden.These described precharging concepts can also be combined with one another in any desired manner and can advantageously be provided by one of the energy storage units used, regardless of the number.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Energieversorgungsanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Energieversorgungsanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Bordnetz. Das Bordnetz stellt vorzugsweise ein Niedervolt-Bordnetz dar.Furthermore, the invention relates to an electrical system for a motor vehicle with an energy supply arrangement according to the invention or one of its Configurations. The advantages described for the power supply arrangement according to the invention and its configurations apply in the same way to the on-board electrical system according to the invention. The electrical system preferably represents a low-voltage electrical system.
Darüber hinaus kann das Bordnetz eine elektrische Verbrauchergruppe umfassend den zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisen, wobei das Bordnetz derart eingerichtet ist, dass im ersten Betriebszustand jeder Verbraucher der elektrischen Verbrauchergruppe durch die erste Versorgungsspannung mit Energie versorgbar ist, und dass im zweiten Betriebszustand nur eine ausgewählte, den zumindest einen elektrischen Verbraucher umfassende Verbraucheruntergruppe der elektrischen Verbrauchergruppe mit dem Ausgang gekoppelt ist, sodass nur die ausgewählte Verbraucheruntergruppe durch die am Ausgang bereitgestellte zweite Versorgungsspannung mit Energie versorgbar ist. Somit lassen sich vorteilhafterweise im Bedarfsfall gezielt diejenigen Verbraucher beziehungsweise Komponenten auf den Ausgang der Energieversorgungsanordnung aufschalten oder auch permanent mit diesem Ausgang koppeln, für die gemäß dem zweiten Betriebszustand eine höhere Versorgungsspannung bereitgestellt werden soll. Andere Verbraucher, für die zu diesem Zeitpunkt keine höhere Versorgungsspannung bereitgestellt werden soll, können entweder vom Ausgang entkoppelt werden oder können von vornherein auch nur eingangsseitig mit der Energieversorgungsanordnung gekoppelt sein. Diese Verbraucher werden dann im zweiten Betriebszustand ebenfalls durch Öffnen der ersten Schaltereinheit von der Energieversorgungsanordnung abgekoppelt. Nichtsdestoweniger können diese Verbraucher dann dennoch weiterhin durch die zusätzliche Energiequelle versorgt werden.In addition, the vehicle electrical system can have an electrical consumer group comprising the at least one electrical consumer, the vehicle electrical system being set up in such a way that in the first operating state each consumer of the electrical consumer group can be supplied with energy by the first supply voltage, and that in the second operating state only a selected, the consumer subgroup of the electrical consumer group comprising at least one electrical consumer is coupled to the output, so that only the selected consumer subgroup can be supplied with energy by the second supply voltage provided at the output. Thus, if required, those consumers or components can advantageously be specifically connected to the output of the energy supply arrangement or also permanently coupled to this output, for which a higher supply voltage is to be provided in accordance with the second operating state. Other consumers for which no higher supply voltage is to be provided at this point in time can either be decoupled from the output or can also be coupled from the outset to the energy supply arrangement only on the input side. In the second operating state, these consumers are then also decoupled from the energy supply arrangement by opening the first switch unit. Nevertheless, these consumers can still continue to be supplied by the additional energy source.
Diese Energiequelle, die im ersten Betriebszustand mit dem Eingang der Energieversorgungsanordnung gekoppelt ist, kann beispielsweise eine zusätzliche Batterie darstellen und/oder eine Wandlereinrichtung, wie beispielsweise einen DC/DC-Wandler, welcher das Niedervolt-Bordnetz aus einem Hochvolt-Bordnetz und/oder Mittelvolt-Bordnetz mit Energie versorgt.This energy source, which is coupled to the input of the energy supply arrangement in the first operating state, can represent, for example, an additional battery and / or a converter device, such as a DC / DC converter, which converts the low-voltage electrical system from a high-voltage electrical system and / or medium voltage - On-board electrical system supplied with energy.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der zumindest eine elektrische Verbraucher einen Stellmotor einer elektrischen Sitzverstelleinrichtung eines Sitzes darstellt. Dies hat die bereits eingangs beschriebenen Vorteile, dass in Situationen wie zum Beispiel vor einem drohenden Unfall oder bei bestimmten Fehlern im Fahrzeug, in denen der Fahrer oder andere Insassen möglichst schnell in eine optimale Sitzposition mittels einer herkömmlichen Sitzverstelleinrichtung gebracht werden soll, dies nunmehr in ausreichend kurzer Zeit durch die höhere bereitgestellte Ausgangsspannung möglich ist. Dies ist bislang mit den herkömmlichen 12-Volt-Stellmotoren nicht möglich gewesen. Heutige Konzepte, welche höhere Sitzverstellungsgeschwindigkeiten bieten, benötigen dagegen einen deutlich höheren Aufwand an zusätzlichen Komponenten. Durch die Erfindung wird es dagegen möglich, einfache Stellmotoren für die Sitzverstellung zu verwenden, komfortsteigernde Funktionen während zum Beispiel des pilotierten Fahrens anzubieten und gleichzeitig eine ausreichend schnelle Sitzverstellung in eine optimale Sitzposition in Notfällen bereitzustellen.It is further preferred that the at least one electrical consumer represents a servomotor of an electrical seat adjustment device of a seat. This has the advantages already described at the beginning, that in situations such as before an impending accident or in the event of certain faults in the vehicle in which the driver or other occupants should be brought into an optimal sitting position as quickly as possible using a conventional seat adjustment device, this is now sufficient is possible in a short time due to the higher output voltage provided. So far, this has not been possible with conventional 12-volt servomotors. Today's concepts, however, which offer higher seat adjustment speeds, require a significantly higher amount of additional components. The invention, on the other hand, makes it possible to use simple servomotors for seat adjustment, to offer comfort-enhancing functions during, for example, piloted driving, and at the same time to provide a sufficiently rapid seat adjustment to an optimal seating position in emergencies.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz oder eine seiner Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with an electrical system according to the invention or one of its configurations.
Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanordnung zur Versorgung zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Niedervolt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, wobei die Energieversorgungsanordnung eine erste Energiespeichereinheit und zumindest eine zweite Energiespeichereinheit aufweist, die zumindest in einem ersten Betriebszustand zueinander parallel geschaltet sind und eine vorbestimmte erste Versorgungsspannung an einem Ausgang der Energieversorgungsanordnung zur Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers bereitstellen. Darüber hinaus weist die Energieversorgungsanordnung einen Eingang zur Kopplung mit einer Energiequelle auf, wobei die Energieversorgungsanordnung eine erste Schaltereinheit aufweist, die in einem geschlossenen Zustand die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit mit dem Eingang koppelt und in einem geöffneten Zustand von dem Eingang entkoppelt, wobei die Energieversorgungsanordnung eine zweite Schaltereinheit aufweist, die in einem zweiten Betriebszustand die erste und die zumindest eine zweite Energiespeichereinheit in Reihe schaltet, um am Ausgang eine vorbestimmte zweite Versorgungsspannung, die größer ist als die erste Versorgungsspannung, zur Versorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers bereitzustellen, wobei sich die erste Schaltereinheit im zweiten Betriebszustand im geöffneten Zustand befindet und im ersten Betriebszustand im geschlossenen Zustand.In addition, the invention also relates to a method for operating an energy supply arrangement for supplying at least one electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, the energy supply arrangement having a first energy storage unit and at least a second energy storage unit, which are connected in parallel to one another at least in a first operating state and a predetermined one Provide the first supply voltage at an output of the energy supply arrangement for supplying the at least one electrical consumer. In addition, the energy supply arrangement has an input for coupling to an energy source, the energy supply arrangement having a first switch unit, which couples the first and the at least one second energy storage unit to the input in a closed state and decouples them from the input in an open state, wherein the energy supply arrangement has a second switch unit which, in a second operating state, switches the first and the at least one second energy storage unit in series in order to provide at the output a predetermined second supply voltage, which is greater than the first supply voltage, for supplying the at least one electrical consumer, wherein the first switch unit is in the second operating state in the open state and in the first operating state in the closed state.
Die für die erfindungsgemäße Energieversorgungsanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages described for the power supply arrangement according to the invention and its embodiments 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 der erfindungsgemäßen Energieversorgungsanordnung 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 energy supply arrangement according to the invention. For this reason, the corresponding ones Further 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 Kraftfahrzeug-Bordnetzes mit einem Niedervolt-Bordnetz, welches eine Energieversorgungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist; -
2 eine schematische Darstellung der Energieversorgungsanordnung, welche mit einem elektrischen Verbraucher gekoppelt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3 eine schematische Prinzipdarstellung der Energieversorgungsanordnung in einem ersten Betriebszustand; -
4 eine schematische Prinzipdarstellung der Energieversorgungsanordnung in einem zweiten Betriebszustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5 eine schematische Darstellung der Energieversorgungsanordnung mit drei Energiespeichereinheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
6 eine schematische Darstellung der Energieversorgungsanordnung mit einer beliebigen Anzahl an Energiespeichereinheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
7 eine schematische Darstellung der Energieversorgungsanordnung und verschiedener Ausbildungsmöglichkeiten einer Strombegrenzungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle electrical system with a low-voltage electrical system, which has an energy supply arrangement according to an embodiment of the invention; -
2nd is a schematic representation of the power supply arrangement, which is coupled to an electrical consumer, according to an embodiment of the invention; -
3rd a schematic diagram of the power supply arrangement in a first operating state; -
4th a schematic diagram of the power supply arrangement in a second operating state according to an embodiment of the invention; -
5 is a schematic representation of the energy supply arrangement with three energy storage units according to an embodiment of the invention; -
6 a schematic representation of the energy supply arrangement with any number of energy storage units according to an embodiment of the invention; and -
7 is a schematic representation of the power supply arrangement and various training options of a current limiting device according to an embodiment of the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate elements that have the same function.
Der DC/DC-Wandler kann dabei insbesondere bidirektional ausgestaltet sein. Grundsätzlich lassen sich die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung betreffend die Energieversorgungsanordnung
Weiterhin umfasst das Niedervolt-Bordnetz
Das in
Die Energieversorgungsanordnung
Weiterhin weist die Energieversorgungsanordnung
Die Energiespeichereinheiten
Wie in
Dabei ist die Energieversorgungsanordnung
Im ersten Betriebszustand befinden sich die erste Schaltereinheit
Durch diese Umschaltmöglichkeit, die durch die Energieversorgungsanordnung
Die Energieversorgungsanordnung
Entsprechend der resultierenden Anzahl der Energiespeichereinheiten
Für den Fall des Zuschaltens des Batteriemoduls, das heißt der Energieversorgungsanordnung
Im Falle einer höher resultierenden Spannung der einzelnen Energiespeichereinheiten
Optional kann die dritte Schaltereinheit
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante
Zusätzlich kann optional noch ein parallel zur Induktivität I sitzender MOSFET, oder im Allgemeinen ein weiterer Schalter, zur Überbrückung der Induktivität I im ersten Betriebszustand der Energieversorgungsanordnung
Die hier erläuterten Vorladekonzepte, das heißt die verschiedenen Ausbildungsmöglichkeiten der Strombegrenzungseinrichtung
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Energieversorgungsanordnung, ein Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsanordnung bereitgestellt werden, die es ermöglichen, in bestimmten Situationen eine Batterie in Form einer Energieversorgungsanordnung vom übrigen Energienetz, das heißt im Niedervolt-Bordnetz, zu entkoppein, um diese durch interne Umschaltung so zu modifizieren, dass kurzfristig eine vielfache Betriebsspannung für angeschlossenen Komponenten zur Verfügung steht. Diese Betriebsspannung kann von Steuergeräten im Fahrzeug genutzt werden, zum Beispiel für Stellmotoren, welche kurzfristig höhere Leistungen und Geschwindigkeiten erreichen sollen. So ist dies zum Beispiel bei einer notwendigen Sitzverstellung im Fehlerfall während des hochautomatisierten Fahrens notwendig, bei dem der Fahrer aus seiner Ruheposition schneller in die Fahraufgabe gebracht werden soll als dies mit der heutigen Aktorik möglich wäre. Eine weitere Anwendung ist die schnelle Sitzverstellung vor einem möglichen Unfall, um die Wirkung der Rückhaltesysteme zu optimieren.Overall, the examples show how the invention provides an energy supply arrangement, an on-board electrical system and a method for operating an energy supply arrangement, which make it possible in certain situations to decouple a battery in the form of an energy supply arrangement from the rest of the energy system, that is to say in the low-voltage electrical system in order to modify them by internal switching so that a multiple operating voltage is available for connected components at short notice. This operating voltage can be used by control units in the vehicle, for example for servomotors, which are supposed to achieve higher outputs and speeds in the short term. For example, this is necessary in the event of a necessary seat adjustment in the event of a fault during highly automated driving, in which the driver is to be brought into the driving task faster from his rest position than would be possible with today's actuators. Another application is the quick seat adjustment before a possible accident in order to optimize the effectiveness of the restraint systems.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102015010531 A1 [0002]DE 102015010531 A1 [0002]
- DE 102014201351 A1 [0002, 0003]DE 102014201351 A1 [0002, 0003]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018218312.0A DE102018218312A1 (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018218312.0A DE102018218312A1 (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018218312A1 true DE102018218312A1 (en) | 2020-04-30 |
Family
ID=70416772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018218312.0A Pending DE102018218312A1 (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018218312A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021203352A1 (en) | 2021-04-01 | 2022-10-06 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit arrangement and charging method for an electrical energy storage system |
DE102022202549A1 (en) | 2021-10-29 | 2023-05-04 | Adient Us Llc | Device for operating an adjusting device of a seat, seat, in particular a vehicle seat, and vehicle |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020067143A1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-06-06 | Robinett Mark I. | Richargeable portable light with multiple charging systems |
JP2002345157A (en) * | 2001-03-16 | 2002-11-29 | Kazumichi Fujioka | Charging and discharging device |
JP2004023993A (en) * | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Kazumichi Fujioka | Electric power converter |
US20070052295A1 (en) * | 2003-07-08 | 2007-03-08 | Johannes Frucht | Method and device for supplying at least one load |
US20080265668A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Shimano Inc. | Bicycle power supply for bicycle electrical system |
US20110006726A1 (en) * | 2007-10-05 | 2011-01-13 | Bernd Dittmer | Method and Device for Limiting the Starting Current and for Discharging the DC Voltage Intermediate Circuit |
DE102011080598A1 (en) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for adjusting power drain of e.g. electrical consumers in energy onboard network of motor car, involves determining new energy availability during changing of power drain of consumers and/or changing of power by cumulated functions |
DE102011088802A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Robert Bosch Gmbh | Circuit for stabilizing an electrical network |
DE102014201351A1 (en) | 2014-01-27 | 2015-07-30 | Robert Bosch Gmbh | On-board network and method for operating a vehicle electrical system |
DE102015010531A1 (en) | 2015-08-16 | 2017-02-16 | IdeTec GmbH | Electric energy storage and battery management system used therein |
-
2018
- 2018-10-26 DE DE102018218312.0A patent/DE102018218312A1/en active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020067143A1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-06-06 | Robinett Mark I. | Richargeable portable light with multiple charging systems |
JP2002345157A (en) * | 2001-03-16 | 2002-11-29 | Kazumichi Fujioka | Charging and discharging device |
JP2004023993A (en) * | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Kazumichi Fujioka | Electric power converter |
US20070052295A1 (en) * | 2003-07-08 | 2007-03-08 | Johannes Frucht | Method and device for supplying at least one load |
US20080265668A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Shimano Inc. | Bicycle power supply for bicycle electrical system |
US20110006726A1 (en) * | 2007-10-05 | 2011-01-13 | Bernd Dittmer | Method and Device for Limiting the Starting Current and for Discharging the DC Voltage Intermediate Circuit |
DE102011080598A1 (en) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for adjusting power drain of e.g. electrical consumers in energy onboard network of motor car, involves determining new energy availability during changing of power drain of consumers and/or changing of power by cumulated functions |
DE102011088802A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Robert Bosch Gmbh | Circuit for stabilizing an electrical network |
DE102014201351A1 (en) | 2014-01-27 | 2015-07-30 | Robert Bosch Gmbh | On-board network and method for operating a vehicle electrical system |
DE102015010531A1 (en) | 2015-08-16 | 2017-02-16 | IdeTec GmbH | Electric energy storage and battery management system used therein |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021203352A1 (en) | 2021-04-01 | 2022-10-06 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit arrangement and charging method for an electrical energy storage system |
DE102022202549A1 (en) | 2021-10-29 | 2023-05-04 | Adient Us Llc | Device for operating an adjusting device of a seat, seat, in particular a vehicle seat, and vehicle |
DE102022202549A8 (en) | 2021-10-29 | 2023-07-20 | Adient Us Llc | Device for operating an adjusting device of a seat, seat, in particular a vehicle seat, and vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3479455B1 (en) | Energy storage device for a motor vehicle | |
EP3137335B1 (en) | Control for electrically driven vehicle, electrically driven vehicle having control, and method | |
DE102009053691A1 (en) | Vehicle electrical system and method and apparatus for operating the electrical system | |
EP1952504B1 (en) | Multi-voltage vehicle electrical supply system | |
DE102014208192A1 (en) | Device and for connecting a base electrical system with a particular safety-relevant subnet | |
DE102011109709A1 (en) | Method for voltage supply to on-board network of e.g. motor car, involves interrupting connection between primary energy storage unit and on-board network based on a ratio of direct current voltages of energy storage units | |
DE102012208520A1 (en) | Device and method for connecting multi-voltage on-board networks | |
EP3276768B1 (en) | On-board electrical system for motor vehicles comprising a converter and a high-load consumer | |
WO2018095801A1 (en) | Operating method for a dual-voltage battery | |
DE102014219133A1 (en) | board network | |
DE102004041511A1 (en) | Voltage regulator with overvoltage protection | |
EP2707245B1 (en) | Power electronics apparatus and control method for an electric machine and for electrical energy stores | |
DE102015106771A1 (en) | battery system | |
DE102008010097A1 (en) | Electrical energy storage arrangement for use in electric vehicle for providing energy to e.g. consumer, has energy storages e.g. batteries, spatially associated to consumers and selectively switched on at charging device by supply line | |
DE102018218312A1 (en) | Energy supply arrangement for supplying an electrical consumer of a low-voltage electrical system of a motor vehicle, electrical system and method for operating an energy supply arrangement | |
DE102018215099A1 (en) | Method for controlling a DC-DC converter of a hybrid electric vehicle | |
EP4084269A1 (en) | Electric drive system | |
WO2021197991A1 (en) | High-voltage charging circuit in a vehicle, and on-board vehicle electrical system | |
DE102013020677A1 (en) | Drive system for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle | |
DE102021101600A1 (en) | Electrical system for a motor vehicle, motor vehicle and method for operating an electrical system | |
EP1603768B1 (en) | Hybrid driving system and a method for adjusting said hybrid driving system | |
DE102010021402A1 (en) | Electrical system for motor car, has reverse polarity protection device connected in series to energy storage unit and formed to prevent current flow due to battery attached with wrong polarity to electrical system | |
WO2016180699A1 (en) | On-board electrical system switching module, on-board electrical system assistance device and on-board electrical system branch | |
EP1470628B1 (en) | Circuit arrangement for momentarily maintaining an internal operating direct current voltage in the event of an interruption in the vehicle electrical system power supply voltage | |
WO2020020612A1 (en) | Electrical energy system comprising fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |