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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines Fahrzeugzugs mit elektrischer Energie sowie einen Fahrzeugzug mit einer derartigen Vorrichtung.
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Ein Fahrzeugzug, umfassend ein Zugfahrzeug und wenigstens einen Anhänger, weist im Vergleich zu einem einzelnen Kraftfahrzeug eine komplexere elektrische Energieversorgung auf, die durch eine Schnittstelle zwischen Zugfahrzeug und Anhänger gekennzeichnet ist. Häufig wird das Bordnetz des Anhängers ohne eine eigene Bordnetzsteuerung passiv an das Bordnetz des Zugfahrzeugs angekoppelt. Aufgrund der zunehmenden Anzahl elektrischer Aggregate und der zunehmenden elektrischen Leistungsanforderungen und Sicherheitsanforderungen werden für das Zugfahrzeug wie für den Anhänger zweikanalige Bordnetze zur besseren Versorgung sicherheitskritischer Vorrichtungen und elektrischer Fahrantriebe vorgeschlagen.
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Zunehmend werden auch hydraulische oder mechanische Betätigungsvorrichtungen durch elektromechanische oder elektrohydraulische Aktoren ersetzt, die elektronisch leichter zu steuern und zu regeln sind, dafür aber höhere Sicherheitsanforderungen und Zuverlässigkeitsanforderungen an die Stromversorgung des Bordnetzes stellen. Diese Anforderungen gelten auch für Anhänger, die ihrerseits sicherheitskritische Beleuchtungseinrichtungen, aber auch elektrohydraulische oder elektromechanische Bremsen aufweisen und mit elektrischen Fahrantrieben ausgestattet sein können.
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Die Versorgung eines Anhängers erfolgt meist aus dem Bordnetz des Zugfahrzeugs über eine elektrische Anhängerschnittstelle. Wünschenswert ist auch für einen Anhänger eine zweikanalige Ausführung des Bordnetzes sowie ein leistungsfähiger elektrischer Energiespeicher mit ausreichender Kapazität für das Anhängerbordnetz. Ein derartiger Energiespeicher erfordert ein elektrisches Energiemanagement und ein Ladesystem. Vorteilhafterweise kann das Energiemanagement mittels einer Datenschnittstelle Zugfahrzeug und Anhänger umfassen und das Ladesystem bidirektional ausgeführt werden, so dass nicht nur eine Versorgung des Anhängers aus dem Energiespeicher des Zugfahrzeugs, sondern auch auch eine Versorgung des Zugfahrzeugs aus dem Energiespeicher des Anhängers ermöglicht wird. Somit kann der Fahrzeugzug redundant mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Aus dem Dokument
DE 10 2018 206 761 A1 ist eine Vorrichtung zum Versorgen zumindest einer Beleuchtungskomponente eines Fahrzeugs und eines Anhängers mittels eines zweikanaligen Bordnetzes bekannt. Der Anhänger weist ebenso wie das Zugfahrzeug ein zweikanaliges Bordnetz und eine zweikanalige Schnittstelle auf. Eine im Zugfahrzeug angeordnete Steuereinrichtung ist ausgebildet, die Beleuchtungskomponenten des Zugfahrzeugs und des Anhängers bei Auftreten eines Fehlers aus einem ersten oder aus einem zweiten Teilnetz anzusteuern, wobei die Teilnetze des Zugfahrzeugbordnetzes und des Anhängerbordnetzes unabhängig voneinander angesteuert werden können.
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Aus dem Dokument
DE 10 2016 200 099 A1 ist ein Bordnetz mit mindestens zwei Bordnetzkanälen und einer Anzahl von Bordnetzkomponenten bekannt, von denen mindestens eine Bordnetzkomponente mehrsträngig ausgebildet ist, wobei die mehrsträngig ausgebildete Bordnetzkomponente derart angeordnet ist, dass die Stränge unterschiedlichen Bordnetzkanälen des Bordnetzes zugeordnet sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Versorgen eines Fahrzeugzugs mit elektrischer Energie sowie einen Fahrzeugzug mit einer derartigen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und einen Fahrzeugzug gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines Fahrzeugzugs mit elektrischer Energie, die Vorrichtung umfassend ein zweikanaliges Zugfahrzeugbordnetz, ein zweikanaliges Anhängerbordnetz, eine Steuervorrichtung für das Zugfahrzeugbordnetz, eine Steuervorrichtung für das Anhängerbordnetz, eine zweikanalige, bidirektionale Multifunktionsschnittstelle eingerichtet für eine Energievernetzung und eine Datenvernetzung des Fahrzeugzugs.
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Ein Zugfahrzeugbordnetz im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein in einem Zugfahrzeug angeordnetes elektrisches Bordnetz. Ein Anhängerbordnetz im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein in einem Anhänger angeordnetes elektrisches Bordnetz. Eine Multifunktionsschnittstelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Schnittstelle zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger, wobei die Schnittstelle sowohl Energieübertragung als auch Datenübertragung in beiden Richtungen und mit zwei Kanälen umfassen kann. Eine Steuervorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Bordnetzsteuergerät, welches im Zugfahrzeug oder im Anhänger angeordnet ist und das entsprechende Bordnetz steuert.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass aufgrund der zweikanaligen Ausführung der Multifunktionsschnittstelle eine höhere Leistung zwischen den Fahrzeugen übertragen werden kann und Redundanz zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund der bidirektionalen Ausführung ist auch eine wechselseitige Versorgung beider Fahrzeuge möglich. Aufgrund der zweikanaligen Ausführung der Bordnetze können bei Auftreten eines Fehlers elektrische Komponenten von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal umgeschaltet werden. Für die Erkennung von Fehlern und die Umschaltung von Komponenten sind separate Steuervorrichtungen für das Zugfahrzeugbordnetz und das Anhängerbordnetz von Vorteil.
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Entsprechend einer ersten exemplarischen Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung für das Zugfahrzeugbordnetz ausgebildet, die elektrische Versorgung von Komponenten des Zugfahrzeugs einem ersten Kanal oder einem zweiten Kanal des Zugfahrzeugbordnetzes zuzuordnen und die Steuervorrichtung für das Anhängerbordnetz ausgebildet, die elektrische Versorgung von Komponenten des Anhängers einem ersten Kanal oder einem zweiten Kanal des Anhängerbordnetzes zuzuordnen.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass Komponenten des Zugfahrzeugbordnetzes wie auch des Anhängerbordnetzes gegebenenfalls von einem fehlerhaften Bordnetzkanal auf einen intakten Bordnetzkanal umgeschaltet werden können.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung ist die Multifunktionsschnittstelle eingerichtet, einen oder mehrere Kanäle des Zugfahrzeugbordnetzes mit einem oder mehreren Kanälen des Anhängerbordnetzes in verschiedenen Kombinationen zu koppeln.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass bei Auftreten eines Fehlers in einem Bordnetzkanal, entweder des Zugfahrzeugbordnetzes oder des Anhängerbordnetzes, beide Kanäle des Zugfahrzeugbordnetzes mit beiden Kanälen des Anhängerbordnetzes mittels der zweikanaligen Multifunktionsschnittstelle entweder in paralleler oder kreuzparalleler Weise, in einer eins-zu-zwei-Kombination oder zwei-zu-eins-Kombination koppelbar sind, um eine redundante elektrische Versorgung sicherzustellen.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung weisen das Zugfahrzeugbordnetz einen oder mehrere elektrische Energiespeicher und das Anhängerbordnetz einen oder mehrere elektrische Energiespeicher auf.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass das Bordnetz des Anhängers aus dem Energiespeicher des Zugfahrzeugs und das Bordnetz des Zugfahrzeugs auch aus dem Energiespeicher des Anhängers versorgt werden kann.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung für das Zugfahrzeugbordnetz eingerichtet, einen oder mehrere elektrische Energiespeicher des Zugfahrzeugbordnetzes mit einem ersten Kanal oder einem zweiten Kanal des Zugfahrzeugbordnetzes zu verbinden und die Steuervorrichtung für das Anhängerbordnetz eingerichtet, einen oder mehrere elektrische Energiespeicher des Anhängerbordnetzes mit einem ersten Kanal oder einem zweiten Kanal des Anhängerbordnetzes zu verbinden.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass Energiespeicher im Falle eines Bordnetzfehlers mit einem intakten Kanal des Bordnetzes verbindbar sind. Zur Bereitstellung besonders großer Leistungen können die Energiespeicher gebündelt werden.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung ist die Multifunktionsschnittstelle eingerichtet für eine Verbindung des Zugfahrzeugbordnetzes und/oder des Anhängerbordnetzes mit einem stationären oder mobilen Ladesystem, einem Mobilitätsdienst oder einer Werkstätte.
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Durch die erfindungsgemäße Lehre wird der Vorteil erreicht, dass die Bordnetze auch durch externe Ladesysteme geladen werden können. Für den Werkstattservice kann außerdem die Datenvernetzung zu Diagnosezwecken genutzt werden.
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Entsprechend einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung werden die Bordnetze des Zugfahrzeugs und des Anhängers mit einer Nennspannung von ca. 48 V Gleichspannung betrieben. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Berührspannung unter 60 V Gleichspannung liegt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrzeugzug aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen exemplarische Ausgestaltungen beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, soweit technisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt der Erfindung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der 1.
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1 zeigt eine teilweise schematische Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Ein Fahrzeugzug
100,
200 mit einem Zugfahrzeug
100 und einem Anhänger
200 weist eine bidirektionale zweikanalige Multifunktionsschnittstelle
150 auf, welche eingerichtet ist, das Bordnetz
170,
180 des Zugfahrzeugs
100 mit dem Bordnetz
270,
280 des Anhängers
200 mittels zweier Energiekanäle
210,
220 für elektrische Energie und eines Datenkanals
250 für den Austausch von Daten zu vernetzen. Das Zugfahrzeug
100 weist eine Steuervorrichtung 160 und einen Datenbus
175 und der Anhänger
200 eine Steuervorrichtung
260 und einen Datenbus
275 auf. Beispielsweise kann es sich um einen CAN-Bus handeln, wobei der Datenkanal beispielsweise zwei Leitungen CAN_HIGH und CAN_LOW zu einer symmetrischen Signalübertragung umfasst. Grundsätzlich ist auch eine redundante Datenübertragung mit beispielsweise zwei CAN-Bussen und somit 4 Datenleitungen denkbar. Dementsprechend kann die Schnittstelle beispielsweise 6-polig oder 8-polig ausgeführt werden und zwei Energiekanäle
210,
220 für beispielsweise ca. 48 V Gleichspannung sowie einen oder zwei Datenkanäle
250 gemäß einer folgenden beispielhaften Kontaktbelegung aufweisen:
| Energiekanal 1 | Kontakt 1 | Versorgung 48 V |
| | Kontakt 2 | Masse |
| Energiekanal 2 | Kontakt 3 | Versorgung 48 V |
| | Kontakt 4 | Masse |
| Datenkanal 1 | Kontakt 5 | Daten 1 |
| | Kontakt 6 | Daten 2 |
| Datenkanal 1 | Kontakt 7 | Daten 3 |
| | Kontakt 8 | Daten 4 |
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Redundanz der Energiekanäle 1 und 2 sowie deren Umschaltbarkeit bei Eintritt eines Fehlers im Bordnetz. Das erste Teilnetz 170 des Zugfahrzeugs 100 kann entweder mittels des Kanals 210 oder mittels des Kanals 220 der Multifunktionsschnittstelle 150 entweder mit dem ersten Teilnetz 270 oder mit dem zweiten Teilnetz 280 des Anhängers 200 verbunden werden. Entsprechendes gilt für das zweite Teilnetz 180 des Zugfahrzeugs 100. In umgekehrter Richtung kann das erste Teilnetz 270 des Anhängers 200 entweder mittels des Kanals 210 oder mittels des Kanals 220 der Multifunktionsschnittstelle 150 entweder mit dem ersten Teilnetz 170 oder mit dem zweiten Teilnetz 180 des Zugfahrzeugs 100 verbunden werden. Entsprechendes gilt für das zweite Teilnetz des Anhängers 200.
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Bei Auftreten eines Fehlers oder einer Überlastung in einem der Kanäle 210, 220 der Multifunktionsschnittstelle 150, in einem der Teilnetze 170, 180 des Zugfahrzeugs oder in einem der Teilnetze 270, 280 des Anhängers kann entweder die Steuervorrichtung 160 des Zugfahrzeugs 100 oder die Steuervorrichtung 260 des Anhängers 200 eine Umschaltung vornehmen. Entsprechendes gilt für die Energiespeicher 135, 145 des Zugfahrzeugs 100 und die Energiespeicher 235, 245 des Anhängers 200. Auch diese können zwischen den Teilnetzen umgeschaltet werden. Eine ebensolche Flexibilität weist die Vorrichtung 300 für die elektrischen Komponenten bzw. Verbraucher 130, 140 des Zugfahrzeugs bzw. 230, 240 des Anhängers auf. Bei Eintreten eines Fehlers in der elektrischen Versorgung kann die Komponente einem anderen Teilnetz zugeordnet werden. Hierzu ist es vorteilhaft, zwei separate Steuervorrichtungen 160, 260 vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Zugfahrzeug
- 130
- Energiespeicher erster Bordnetzkanal Zugfahrzeug
- 140
- Energiespeicher zweiter Bordnetzkanal Zugfahrzeug
- 135
- Komponente/Verbraucher erster Bordnetzkanal Zugfahrzeug
- 145
- Komponente/Verbraucher zweiter Bordnetzkanal Zugfahrzeug
- 150
- Multifunktionsschnittstelle
- 170
- erster Bordnetzkanal Zugfahrzeug rechts
- 175
- Datenkanal Zugfahrzeug
- 180
- zweiter Bordnetzkanal Zugfahrzeug links
- 200
- Anhänger
- 210
- Multifunktionsschnittstelle erster Kanal
- 220
- Multifunktionsschnittstelle zweiter Kanal
- 230
- Energiespeicher erster Bordnetzkanal Anhänger
- 240
- Energiespeicher zweiter Bordnetzkanal Anhänger
- 235
- Komponente/Verbraucher erster Bordnetzkanal Anhänger
- 245
- Komponente/Verbraucher zweiter Bordnetzkanal Anhänger
- 250
- Multifunktionsschnittstelle Datenverbindung
- 260
- Steuergerät Anhängerbordnetz
- 270
- erster Bordnetzkanal Anhänger rechts
- 275
- Datenkanal Anhänger
- 280
- erster Bordnetzkanal Anhänger links
- 300
- Vorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018206761 A1 [0005]
- DE 102016200099 A1 [0006]
