DE102020122508A1 - POWER SUPPLY DEVICE, METHOD OF POWERING AT LEAST AN ELECTRICAL CONSUMER AND VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Eine Energieversorgungsvorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100) umfasst zumindest eine Verbraucherschnittstelle (110, 112) zum Anschließen zumindest eines elektrischen Verbrauchers (104, 108), einen Generator (114), eine Batterieeinrichtung (116) und eine Schalteinrichtung (118), die ausgebildet ist, um in einem Normalzustand den Generator (114) mit der Batterieeinrichtung (116) und die Batterieeinrichtung (116) mit der Verbraucherschnittstelle (110, 112) zu verbinden, sowie in einem Notzustand den Generator (114) mit der Verbraucherschnittstelle (110, 112) zu verbinden und die Batterieeinrichtung (116) von der Verbraucherschnittstelle (110, 112) zu trennen. Ferner umfasst die Energieversorgungsvorrichtung (102) eine Steuereinrichtung (120) zum Versetzen der Schalteinrichtung (118) in den Notzustand.An energy supply device (102) for a vehicle (100) comprises at least one consumer interface (110, 112) for connecting at least one electrical consumer (104, 108), a generator (114), a battery device (116) and a switching device (118), designed to connect the generator (114) to the battery device (116) and the battery device (116) to the consumer interface (110, 112) in a normal state, and to connect the generator (114) to the consumer interface (110 , 112) and to disconnect the battery device (116) from the load interface (110, 112). The energy supply device (102) also includes a control device (120) for setting the switching device (118) to the emergency state.
Description
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Energieversorgungsvorrichtung, ein Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und ein Fahrzeug.The present approach relates to an energy supply device, a method for supplying at least one electrical consumer and a vehicle.
Zur redundanten Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs kann eine zusätzliche Batterie eingeplant werden, oder im Falle eines E-Trucks die Spannung aus unterschiedlichen Zellen mittels DC/DC Wandler generiert werden.An additional battery can be planned for the redundant energy supply of a vehicle's on-board network, or in the case of an e-truck, the voltage can be generated from different cells using a DC/DC converter.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes eine verbesserte Energieversorgungsvorrichtung, ein verbessertes Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und ein verbessertes Fahrzeug zu schaffen.Against this background, the object of the present approach is to create an improved energy supply device, an improved method for supplying at least one electrical load, and an improved vehicle.
Diese Aufgabe wird durch eine Energieversorgungsvorrichtung, ein Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst.This object is achieved by an energy supply device, a method for supplying at least one electrical consumer and a vehicle according to the main claims.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein bereits in einem Fahrzeug verbauter Generator zusätzlich zur Absicherung der Energieversorgung eines Bordnetzes des Fahrzeugs verwendet werden kann.The advantages that can be achieved with the approach presented are that a generator already installed in a vehicle can also be used to secure the energy supply of an on-board network of the vehicle.
Eine entsprechende Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug weist dazu die folgenden Merkmale auf:
- zumindest eine Verbraucherschnittstelle zum Anschließen zumindest eines elektrischen Verbrauchers an die Energieversorgungsvorrichtung;
- einen Generator;
- eine Batterieeinrichtung;
- eine Schalteinrichtung, die ausgebildet ist, um in einem Normalzustand den Generator elektrisch leitend mit der Batterieeinrichtung zu verbinden, um die Batterieeinrichtung zu laden und die Batterieeinrichtung elektrisch leitend mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, und die ausgebildet ist, um in einem Notzustand den Generator elektrisch leitend mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen und die Batterieeinrichtung elektrisch von der Verbraucherschnittstelle zu trennen; und
- eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um ein Steuersignal zum Versetzen der Schalteinrichtung von dem Normalzustand in den Notzustand ansprechend auf ein Fehlersignal bereitzustellen, das einen fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung repräsentiert.
- at least one consumer interface for connecting at least one electrical consumer to the energy supply device;
- a generator;
- a battery device;
- a switching device which is designed to electrically conductively connect the generator to the battery device in a normal state in order to charge the battery device and electrically conductively connect the battery device to the load interface in order to supply the load with electrical energy, and which is designed to electrically conductively connect the generator to the consumer interface in an emergency, in order to supply the consumer with electrical energy and to electrically separate the battery device from the consumer interface; and
- a control device that is designed to provide a control signal for shifting the switching device from the normal state to the emergency state in response to an error signal that represents a faulty state of the battery device.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug zur Personenbeförderung oder um einen Lastkraftwagen handeln. Die Energieversorgungsvorrichtung kann ein Bordnetz des Fahrzeugs darstellen oder ein Teil eines solchen Bordnetzes sein. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät, einen Sensor oder einen Elektromotor des Fahrzeugs handeln. Die Batterieeinrichtung kann zumindest eine Batterie umfassen. Die Batterieeinrichtung kann verwendet werden, um die zum Betrieb des elektrischen Verbrauchers erforderliche elektrische Energie bereitzustellen. Der Generator kann mit einem Motor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs gekoppelt sein und verwendet werden um elektrische Energie zum Einspeisen in die Batterie bereitzustellen. Der Normalzustand kann einen Zustand der Energieversorgungsvorrichtung repräsentieren, in dem die Batterieeinrichtung ausreichend elektrische Energie bereitstellen kann. Der Notzustand kann einen Zustand der Energieversorgungsvorrichtung repräsentieren, in dem eine ausreichende Energieversorgung über die Batterieeinrichtung nicht gewährleistet ist, beispielsweise weil die Batterieeinrichtung einen Fehler aufweist. Die Schalteinrichtung kann eine Mehrzahl elektrischer Schalter, beispielsweise in Form von Leistungstransistoren umfassen. In dem Normalzustand kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, elektrische Leitungen der Energieversorgungsvorrichtung so zu verschalten, dass der elektrische Verbraucher von der Batterieeinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird. In dem Notzustand kann die Schalteinrichtung dagegen ausgebildet sein, die elektrischen Leitungen der Energieversorgungsvorrichtung so zu verschalten, dass der elektrische Verbraucher direkt von dem Generator mit elektrischer Energie versorgt wird. In diesem Fall kann die Batterieeinrichtung sowohl von dem Generator als auch von dem elektrischen Verbraucher elektrisch getrennt sein, wobei optional eine Masse Verbindung zu dem Generator und/oder zu dem elektrischen Verbraucher weiterhin bestehen kann. Es kann somit ein Stromkreis aufgetrennt werden. Die Steuereinrichtung kann Teil der Schalteinrichtung sein oder extern zu der Schalteinrichtung realisiert sein. Die Steuereinrichtung kann einen Sensor zum Erfassen des fehlerhaften Zustands der Batterieeinrichtung umfassen oder mit einem solchen Sensor gekoppelt sein.The vehicle may be a passenger vehicle or a truck. The energy supply device can represent an on-board network of the vehicle or be part of such an on-board network. The electrical consumer can be, for example, a control device, a sensor or an electric motor of the vehicle. The battery device can include at least one battery. The battery device can be used to provide the electrical energy required to operate the electrical consumer. The generator can be coupled to a motor, for example an internal combustion engine of the vehicle, and can be used to provide electrical energy for feeding into the battery. The normal state can represent a state of the energy supply device in which the battery device can provide sufficient electrical energy. The emergency state can represent a state of the energy supply device in which an adequate energy supply via the battery device is not guaranteed, for example because the battery device has a fault. The switching device can include a plurality of electrical switches, for example in the form of power transistors. In the normal state, the switching device can be designed to connect electrical lines of the energy supply device in such a way that the electrical consumer is supplied with electrical energy from the battery device. In the emergency state, on the other hand, the switching device can be designed to connect the electrical lines of the energy supply device in such a way that the electrical consumer is supplied with electrical energy directly from the generator. In this case, the battery device can be electrically separated both from the generator and from the electrical consumer, with an optional ground connection to the generator and/or to the electrical consumer still being able to exist. A circuit can thus be separated. The control device can be part of the switching device or can be implemented externally to the switching device. The control device can include a sensor for detecting the faulty state of the battery device or can be coupled to such a sensor.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batterieeinrichtung zwei in Reihe geschaltete Batterien aufweisen. Eine solche Reihenschaltung ist beispielweise in Lastkraftwagen häufig anzutreffen. Zwei in Reihe verschaltete Batterien sind insbesondere bei 24 V Bordnetzen wie bei Lastkraftwagen notwendig. Bei Personenkraftwagen ist in der Regel nur eine 12 V Batterie verbaut, oder zwei separate nicht in Reihe verschaltete Batterien, wobei eine nur als Starterbatterie dient, die andere für die restlichen Verbraucher.According to one embodiment, the battery device can have two batteries connected in series. Such a series connection is often found in trucks, for example. Two batteries connected in series are particularly necessary for 24 V vehicle electrical systems such as those used in trucks. As a rule, only a 12th is required for passenger cars V battery installed, or two separate batteries not connected in series, with one only serving as a starter battery, the other for the remaining consumers.
Der Generator kann eine Generatorwelle zum Koppeln des Generators mit einem Motor des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise kann der Generator über einen Keilriemen mit einer Welle des Motors gekoppelt werden. Somit kann ein Generator verwendet werden, wie er typischerweise in mit einem Verbrennungsmotor ausgestatteten Fahrzeugen eingesetzt wird.The generator may have a generator shaft for coupling the generator to an engine of the vehicle. For example, the generator can be coupled to a shaft of the engine via a V-belt. Thus, a generator can be used, as is typically used in vehicles equipped with an internal combustion engine.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann einen Spannungsregler aufweisen, der ausgebildet ist, um eine von dem Generator bereitgestellte elektrische Spannung zu regeln. Dabei kann ein Dynamikbereich des Spannungsreglers an zu erwartende Lastwechsel einer Leistungsaufnahme des Verbrauchers angepasst sein. Vorteilhafterweise ist ein entsprechender Spannungsregler in einen Generator umfassenden Fahrzeugen typischerweise bereits verbaut. Da der elektrische Verbraucher direkt von dem Generator versorgt wird ist es vorteilhaft, dass der Dynamikbereich der Spannungsregler an Spannungsschwankungen angepasst ist, die im Betrieb des Fahrzeugs zu erwarten sind. Dazu kann der Spannungsregler beispielsweise ausreichend groß dimensionierte Kondensatoren umfassen. Vorteilhafterweise kann der Spannungsregler ausgebildet sein, um die Spannung ohne das Vorhandensein einer als Puffer dienenden weiteren Batterie zu regeln.The energy supply device can have a voltage regulator which is designed to regulate an electrical voltage provided by the generator. In this case, a dynamic range of the voltage regulator can be adapted to expected load changes of a power consumption of the consumer. Advantageously, a corresponding voltage regulator is typically already installed in vehicles that include a generator. Since the electrical load is supplied directly by the generator, it is advantageous for the dynamic range of the voltage regulator to be adapted to voltage fluctuations that are to be expected when the vehicle is in operation. For this purpose, the voltage regulator can, for example, comprise sufficiently large capacitors. The voltage regulator can advantageously be designed to regulate the voltage without the presence of a further battery serving as a buffer.
Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um in dem Notzustand die Batterieeinrichtung elektrisch von dem Generator zu trennen. Auf diese Weise kann beispielsweise weitere Schädigung der Batterieeinrichtung vermieden oder ein Energieverlust, beispielsweise über einen Kurzschluss, verhindert werden.The switching device can be designed to electrically disconnect the battery device from the generator in the emergency state. In this way, further damage to the battery device can be avoided, for example, or a loss of energy, for example via a short circuit, can be prevented.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um ein Abschaltsignal zum Abschalten zumindest eines Verbrauchers ansprechend auf das Fehlersignal bereitzustellen. Auf diese Weise kann der Generator entlastet werden. Beispielsweise eignet sich ein nicht sicherheitsrelevanter Verbraucher für die Abschaltung.The control device can be designed to provide a switch-off signal for switching off at least one consumer in response to the error signal. In this way, the generator can be relieved. For example, a non-safety-related consumer is suitable for switching off.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann eine Fehlererkennungseinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, um den fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung zu erkennen. Ferner kann die Fehlererkennungseinrichtung ausgebildet sein das Fehlersignal bereitzustellen, wenn der fehlerhafte Zustand erkannt wird. Beispiel Weise kann die Fehlererkennungseinrichtung einen Spannungsmesser umfassen.The energy supply device can include an error detection device that is designed to detect the faulty state of the battery device. Furthermore, the fault detection device can be designed to provide the fault signal when the faulty state is detected. For example, the error detection device can include a voltmeter.
Die Schalteinrichtung kann einen Generatoranschluss zum Verbinden der Schalteinrichtung mit dem Generator, zumindest einen ersten Verbraucheranschluss zum Verbinden der Schalteinrichtung mit einer ersten Verbraucherschnittstelle, einen ersten Batterieanschluss und einen zweiten Batterieanschluss zum Verbinden der Schalteinrichtung mit der Batterieeinrichtung, und zumindest einen zweiten Verbraucheranschluss zum Verbinden der Schalteinrichtung mit einer zweiten Verbraucherschnittstelle umfassen. Auf diese Weise kann die Schalteinrichtung so zwischen den Generator, der Batterieeinrichtung und den Verbraucher angeordnet werden, dass die Schalteinrichtung relevante elektrische Leitungen zwischen dem Generator, der Batterieeinrichtung und dem Verbraucher freischalten oder unterbrechen kann, je nachdem ob der Normalzustand oder der Notzustand vorliegt.The switching device can have a generator connection for connecting the switching device to the generator, at least one first consumer connection for connecting the switching device to a first consumer interface, a first battery connection and a second battery connection for connecting the switching device to the battery device, and at least one second consumer connection for connecting the switching device with a second consumer interface. In this way, the switching device can be arranged between the generator, the battery device and the consumer that the switching device can activate or interrupt relevant electrical lines between the generator, the battery device and the consumer, depending on whether the normal state or the emergency state is present.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann vorteilhaft in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Ein entsprechendes Fahrzeug weist neben der genannten Energieversorgungsvorrichtung einen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs und zumindest einen elektrischen Verbraucher auf. Dabei ist der Motor mechanisch mit dem Generator der Energieversorgungsvorrichtung koppelbar und der zumindest eine elektrische Verbraucher ist elektrisch leitend mit der zumindest einen Verbraucherschnittstelle der Energieversorgungsvorrichtung verbunden.The energy supply device can advantageously be used in a vehicle. In addition to the energy supply device mentioned, a corresponding vehicle has a motor for driving the vehicle and at least one electrical consumer. The motor can be mechanically coupled to the generator of the energy supply device and the at least one electrical consumer is electrically conductively connected to the at least one consumer interface of the energy supply device.
Dabei kann der elektrische Verbraucher als ein Steuergerät für einen sicherheitskritischen elektrischen Verbraucher und/oder als ein Starter für den Motor ausgeführt sein. Beispielsweise kann der elektrische Verbraucher als ein Steuergerät für ein Bremssystem und/oder als ein Steuergerät zum automatisierten Steuern des Fahrzeugs ausgeführt sein. Vorteilhafterweise können auf diese Weise zum sicheren Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Verbraucher auch dann zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt werden, wenn die Batterieeinrichtung einen Fehlerzustand aufweist.In this case, the electrical load can be designed as a control device for a safety-critical electrical load and/or as a starter for the engine. For example, the electrical load can be designed as a control device for a braking system and/or as a control device for the automated control of the vehicle. Advantageously, consumers required for safe operation of the vehicle can also be reliably supplied with electrical energy in this way when the battery device is in a fault state.
Der Motor kann ausgebildet sein, um in einem Standgasbetrieb eine erste Bewegungsenergie bereitzustellen. Typischerweise ist die im Standgasbetrieb bereitgestellte Bewegungsenergie geringer als die zum Antreiben des Fahrzeugs bereitgestellte Energie. Der Generator kann ausgebildet sein, um unter Verwendung der ersten Bewegungsenergie eine erste elektrische Energie bereitzustellen, die einer maximalen Energieaufnahme des zumindest einen Verbrauchers entspricht. Dazu kann der Generator entsprechend dimensioniert sein. Auf diese Weise kann der elektrische Verbraucher oder zumindest der oder die im Notzustand zu versorgenden elektrischen Verbraucher auch im Stillstand des Fahrzeugs mit ausreichend elektrischer Energie versorgt werden.The engine can be designed to provide a first kinetic energy in idling operation. Typically, the kinetic energy provided in idle operation is less than the energy provided to drive the vehicle. The generator can be designed to provide a first electrical energy using the first kinetic energy, which corresponds to a maximum energy consumption of the at least one consumer. The generator can be dimensioned accordingly for this purpose. In this way, the electrical consumers or at least the electrical consumers to be supplied in an emergency or in the Standstill of the vehicle are supplied with sufficient electrical energy.
Optional kann eine adaptive Erhöhung der Leerlaufdrehzahl in diesem Fehlerzustand durchgeführt werden, um den Energiebedarf im elektrischen System zu decken. Dazu kann die Energieversorgungsvorrichtung ausgebildet sein, um ansprechend auf den Notzustand eine Drehzahl des Motors in dem Standgasbetrieb zu erhöhen. Somit kann eine adaptive Erhöhung der Drehzahl während des Fehlerzustands erfolgen.Optionally, an adaptive increase in the idle speed can be carried out in this error state in order to cover the energy requirements in the electrical system. For this purpose, the energy supply device can be designed to increase a speed of the engine in idle operation in response to the emergency state. Thus, an adaptive increase in the speed can take place during the error state.
Ein entsprechendes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Verbinden des Generators elektrisch leitend mit der Batterieeinrichtung, um die Batterieeinrichtung zu laden, und Verbinden der Batterieeinrichtung elektrisch leitend mit einer Verbraucherschnittstelle, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, ansprechend auf einen fehlerfreien Zustand der Batterieeinrichtung; und
- Verbinden des Generators elektrisch leitend mit der Verbraucherschnittstelle, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, und Trennen der Batterieeinrichtung elektrisch von der Verbraucherschnittstelle, ansprechend auf einen fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung.
- electrically conductively connecting the generator to the battery device to charge the battery device and electrically conductively connecting the battery device to a load interface to provide electrical energy to the load in response to a healthy condition of the battery device; and
- electrically conductively connecting the generator to the load interface to provide electrical energy to the load, and electrically disconnecting the battery device from the load interface in response to a fault condition of the battery device.
Beispielsweise kann ansprechend auf den fehlerhaften Zustand eine Sperrung einer Start-Stopp Automatik des Fahrzeugs durchgeführt werden.For example, an automatic start-stop system of the vehicle can be blocked in response to the faulty state.
Beispielsweise können die Schritte des Verfahrens unter Verwendung einer genannten Schalteinrichtung umgesetzt werden.For example, the steps of the method can be implemented using a named switching device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Energieversorgungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels; und -
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers gemäß eines Ausführungsbeispiels.
-
1 a schematic representation of a vehicle with an energy supply device according to an embodiment; and -
2 a flowchart of a method for supplying at least one electrical load according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.
Die Energieversorgungsvorrichtung 102 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Generator 114, eine Batterieeinrichtung 116, eine Schalteinrichtung 118 und eine Steuereinrichtung 120.According to this exemplary embodiment, the
Die Batterieeinrichtung 116 umfasst zumindest eine Batterie 122, gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional zwei in Reihe geschaltete Batterien 122. Beispielsweise handelt es sich bei den Batterien 122 jeweils um eine 12 V, 225 Ah, 1150 A Batterie, wie sie typischerweise in Fahrzeugen eingesetzt wird. Wenn das Fahrzeug 100 als Personenkraftwagen ausgeführt ist, umfasst die Batterieeinrichtung 116 typischerweise keine zwei in Reihe geschalteten Batterien. Im fehlerfreien Zustand der Batterieeinrichtung 116 ist die Batterieeinrichtung 116 ausgebildet um den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104, 108 mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies wird auch als Normalzustand bezeichnet. In einem fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung 116 ist die Batterieeinrichtung 116 gegebenenfalls nicht in der Lage ausreichend elektrische Energie zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers 104, 108 bereitzustellen. Dieser Zustand wird auch als Notzustand bezeichnet. In diesem Fall ist die Energieversorgungseinrichtung 102 ausgebildet, die erforderliche elektrische Energie zum Versorgen des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 104, 108 direkt von dem Generator 114, unter Umgehung der Batterieeinrichtung 116, bereitzustellen.The
Der Generator 114 ist mechanisch mit dem Motor 106 gekoppelt, beispielsweise ist eine Generatorwelle des Generators 114 über einen Keilriemen mit einer Motorwelle des Motors 106 verbunden. Auf diese Weise kann bei Betrieb des Motors 106 eine von dem Motor 106 bereitgestellte Bewegungsenergie von dem Generator 114 in elektrische Energie gewandelt werden. Im Normalzustand wird die von dem Generator 114 bereitgestellte elektrische Energie in die Batterieeinrichtung 116 eingespeist, so dass die Batterien 122 aufgeladen werden können. Im Notbetrieb wird die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie verwendet, um zumindest einen der elektrischen Verbraucher 104, 108 zu versorgen.The
Die Schalteinrichtung 118 ist ausgebildet, um eine Energieversorgung der elektrischen Verbraucher 104, 108 je nachdem ob der Normalzustand oder der Notzustand vorliegt, über die Batterieeinrichtung 116 oder den Generator 114 zu gewährleisten. Wenn der Normalzustand vorliegt ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet den Generator 114 elektrisch leitend mit der Batterieeinrichtung 116 zu verbinden. Dadurch kann die Batterieeinrichtung 116 aufgeladen oder nachgeladen werden. Ferner ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet um die Batterieeinrichtung 116 in dem Normalzustand elektrisch leitend mit der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 zu verbinden. Dadurch kann der zumindest eine elektrische Verbraucher 104, 108 direkt aus der Batterieeinrichtung 116 mit elektrischer Energie versorgt werden. In dem Notzustand ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um den Generator 114 unter Umgehung der Batterieeinrichtung 116 elektrisch leitend mit der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 zu verbinden. Dadurch wird der zumindest eine elektrische Verbraucher 104, 108, direkt von dem Generator 114 mit Energie versorgt. Ferner ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um die Batterieeinrichtung 116 elektrisch von der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 zu trennen. Optional ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet um die Batterieeinrichtung 116 dem Notbetrieb elektrisch von dem den Generator zu trennen.The
Die Steuereinrichtung 120 ist ausgebildet, um die Schalteinrichtung 118 zwischen dem Normalzustand und den Urzustand umzuschalten. Dazu ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet, um ein entsprechendes Steuersignal 124 an die Schalteinrichtung 118 bereitzustellen. Gemäß eines Ausführungsbeispiels ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet, ein zum Versetzen der Schalteinrichtung 118 von dem Normalzustand in den Notzustand geeignetes Steuersignal 124 ansprechend auf ein Fehlersignal 126 bereitzustellen, das einen fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung 116 repräsentiert. Optional ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet, um ein zum Versetzen der Schalteinrichtung 118 von dem Notzustand in den Normalzustand geeignetes Steuersignal 124 ansprechend auf ein Signal bereitzustellen, das einen fehlerfreien Zustand der Batterieeinrichtung 116 repräsentiert.The
Optional umfasst die Energieversorgungsvorrichtung 102 eine Fehlererkennungseinrichtung 128, die ausgebildet ist, um den fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung 116 zu erkennen und das den fehlerhaften Zustand anzeigende Fehlersignal 126 bereitzustellen. Dazu ist die Fehlererkennungseinrichtung 128 auf eine geeignete Weise mit der Batterieeinrichtung 116 gekoppelt. Beispielweise ist die Fehlererkennungseinrichtung 128 ausgebildet, um einen Kurzschluss innerhalb der Batterieeinrichtung 116 oder eine unterhalb einer Spezifikation liegende Ausgangsspannung der Batterieeinrichtung 116 als den fehlerhaften Zustand zu erkennen.Optionally, the
Gemäß eines Ausführungsbeispiels umfasst die Energieversorgungseinrichtung 102 einen Spannungsregler 130, der ausgebildet ist, um eine von dem Generator 114 bereitgestellte Spannung zu regeln. Optional ist der Spannungsregler 130 zumindest in dem Notbetrieb ausgebildet, um die von dem Generator 114 bereitgestellte Spannung so zu regeln, dass die bereitgestellte Spannung an zu erwartende Lastwechsel einer Leistungsaufnahme des, im Notbetrieb direkt von dem Generator 114 mit elektrischer Energie versorgten, zumindest eines Verbrauchers anzupassen. Dazu ist gemäß eines Ausführungsbeispiels ein Dynamikbereich des Spannungsreglers 130 entsprechend des zu erwartenden Lastwechsels ausgelegt.According to one exemplary embodiment, the
Optional ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet ist, um in den Notbetrieb ein Abschaltsignal 132 zum Abschalten zumindest eines Verbrauchers 104, 108 bereitzustellen. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 120 ausgebildet, um das Abschaltsignal 132 ansprechend auf das Fehlersignal 126 bereitzustellen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den erforderlichen Dynamikbereich des Spannungsreglers 130 aus.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Generator 114 bezüglich seiner Leistung so ausgelegt, dass eine in den Generator 114 eingekoppelte Bewegungsenergie des im Standgasbetrieb betriebenen Motors 106 ausreicht, um ausreichend elektrische Energie bereitzustellen, um in den Notbetrieb eine maximale Energieaufnahme des zumindest einen im Notbetrieb zu versorgenden elektrischen Verbrauchers erfüllen zu können.According to one exemplary embodiment, the
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schalteinrichtung 118 einen Generatoranschluss 140, beispielhaft zwei erste Verbraucheranschlüsse 142, einen ersten Batterieanschluss 144, zumindest einen zweiten Batterieanschluss 146, hier beispielhaft drei separate zweite Batterieanschluss 146 und zumindest einen zweiten Verbraucheranschluss 148, beispielhaft drei zweite Verbraucheranschlüsse 148 auf. Der Generator 114 ist über eine elektrische Leitung mit dem Generatoranschluss 140 und optional dem Starter 108 verbunden. Der zumindest eine elektrische Verbraucher 104 ist über eine elektrische Leitung und optional eine Sicherungseinrichtung 150, hier einen zwischengeschalteten Sicherungskasten, mit dem ersten Verbraucheranschluss 142 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zwei elektrische Leitungen gezeigt, beispielsweise zum Verbinden von zwei separaten elektrischen Verbrauchern 104 mit den gezeigten zwei ersten Verbraucheranschlüssen 142. Der erste Batterieanschluss 144 ist über eine elektrische Leitung mit einem ersten Pol der Batterieeinrichtung 116 und der oder die zweiten Batterieanschlüsse 146 sind über eine oder mehrere elektrische Leitungen mit einem zweiten Pol der Batterieeinrichtung 116 verbunden. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist einer der zweiten Verbraucheranschlüsse 148 über eine elektrische Leitung mit dem Starter 108 und optional dem Motor 106 verbunden, ein weiterer zweiter Verbraucheranschluss 148 ist über eine elektrische Leitung mit dem elektrischen Verbraucher 104 und ein weiterer zweiter Verbrauchanschluss 148 über eine elektrische Leitung mit einem weiteren elektrischen Verbraucher 104 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Verbraucherschnittstelle 110 die ersten Verbraucheranschlüsse 142 und optional den Generatoranschluss 140 sowie und die zweite Verbraucher Schnittstelle 112 umfasst die zweiten Verbraucheranschlüsse 148.According to the exemplary embodiment shown, switching
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um in dem Normalzustand den Generatoranschluss 140 und die ersten Verbraucheranschlüsse 148 mit dem ersten Batterieanschluss 144 zu verbinden. Ferner ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um in dem Normalzustand den oder die zweiten Batterieanschlüsse 146 mit den zweiten Verbraucheranschlüssen 148 zu verbinden. Ferner ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Generatoranschluss 140 und den zweiten Verbrauchanschlüssen 148, beispielsweise über eine Verbindungsleitung 151, zu unterbrechen.According to one exemplary embodiment, switching
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schalteinrichtung 118 einen Batterieschalter 152, dem der Generatoranschluss 140 und die ersten Verbraucheranschlüsse 148 zugeordnet sind. Ferner umfasst die Schalteinrichtung 118 optional einen weiteren Batterieschalter 154, dem die zweiten Batterieanschlüsse 146 und die zweiten Verbrauchanschlüsse 148 zugeordnet sind. Die Batterieschalter 152, 154 können auch als eine gemeinsame Schaltung ausgeführt sein, die eine Mehrzahl von Schaltern zum Verschalten der Anschlüsse 140, 142, 144, 146, 148 umfasst.According to one exemplary embodiment, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, in dem Notzustand eine elektrische Verbindung zwischen dem Generatoranschluss 140 und den ersten Verbraucheranschlüssen 142 mit dem ersten Batterieanschluss 144 zu unterbrechen. Zusätzlich oder alternativ ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, in dem Zustand eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Batterieanschlüssen 146 und den zweiten Verbrauchanschlüssen 148 zu unterbrechen. Ferner ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um dem Generatoranschluss 140 direkt, beispielsweise über die Verbindungsleitung 151, mit dem zweiten Verbraucheranschlüssen 148 zu verbinden, um eine direkte Energieversorgung der elektrischen Verbraucher 104, 108 über den Generator 114 zu ermöglichen.According to one exemplary embodiment, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug 100 ein redundantes Bordnetz durch eine exklusive Versorgung mittels des Generator 114 auf. Redundanzen zu schaffen ist beispielsweise im Zuge des automatisierten oder autonomen Fahrens von Fahrzeugen aller Art notwendig oder zumindest sinnvoll. Diese Redundanzen sind so auszulegen, dass das Fahrzeug 100 nicht in einen sicherheitskritischen oder unbeherrschbaren Zustand geraten kann. Es wird somit dazu übergegangen, Systeme wie zum Beispiel das elektrische Bremssystem EBS oder ABS (Antiblockiersystem), die beispielhaft durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104 angedeutet sind, mehrfach im Fahrzeug 100 zu platzieren. Damit dies bei einem Einfachfehler nicht zu einem verketteten Ausfall kommt, werden die Stromversorgungen der Steuergeräte, wie des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 104, hinreichend unabhängig ausgelegt. Gemäß dem beschriebenen Ansatz ist es dazu vorteilhafterweise nicht erforderlich eine zusätzliche Batterie einzuplanen, oder im Falle eines E-Trucks als Fahrzeug 100 die Spannung aus unterschiedlichen Zellen mittels DC/DC Wandler zu generieren. Stattdessen wird die Gegebenheit ausgenutzt, dass der Generator 114 gleichermaßen einer Batterie Spannungsquellencharakter hat.According to one exemplary embodiment,
Vorteilhafterweise kann der beschriebene Ansatz durch leichte Anpassung einer herkömmlichen Verschaltung in einem Bordnetz realisiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind dazu folgende Anpassungen auf Systemebene nötig:
- Die Dynamik des
Spannungsreglers 130 desGenerators 114 genügt, im auch als Standalonebetrieb bezeichnetem Notzustand, den 104, 108 nachzukommen.Stromänderungen der Verbraucher
- The dynamics of the
voltage regulator 130 of thegenerator 114 are sufficient to meet the current changes of the 104, 108 in the emergency state, also referred to as standalone operation.loads
Der Batterieschalter 152 öffnet im Fehlerfall zumindest einer Batterie 122, also im Notzustand, seine Kontakte.The
Der Ausgangsstrom des Generators 114 deckt im Standgas den Strombedarf der Verbraucher 104, 108. Gegebenenfalls werden nicht sicherheitsrelevante Nebenverbraucher abgeschaltet. Optional wird die Drehzahl des Motors 106 im Standgasbetrieb während des Fehlerzustands erhöht, um eine ausreichende Energieversorgung sicher zu stellen.The output current of the
Sicherheitsrelevante Verbraucher, wie beispielsweise ein Tacho, sind hinter dem Batterieschalter 152 angeschlossen, sodass sie beim Auftrennen weiterhin versorgt werden.Safety-related consumers, such as a speedometer, are connected behind the
Das Verfahren kann die Verfügbarkeit des Bordnetzes erhöhen insofern die elektrischen Verbraucher, beispielsweise in Form von Steuergeräten mit einer gegebenenfalls degradierten Spannungsqualität und/oder erhöhten Rippel noch stabil die Logik und/oder Sensorik/Aktuatorik versorgen können.The method can increase the availability of the vehicle electrical system insofar as the electrical loads, for example in the form of control units with a possibly degraded voltage quality and/or increased ripple, can still supply the logic and/or sensors/actuators in a stable manner.
Ansprechend oder während eines fehlerfreien Zustands der Batterieeinrichtung wird in einem Schritt 201 der Generator elektrisch leitend mit der Batterieeinrichtung verbunden. Zusätzlich wird die Batterieeinrichtung elektrisch leitend mit einer Verbraucherschnittstelle verbunden, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen.In response to or during a fault-free state of the battery device, in a
Ansprechend oder während eines fehlerhaften Zustands der Batterieeinrichtung wird in einem Schritt 203 der Generator elektrisch leitend mit der Verbraucherschnittstelle verbunden, um den Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Zudem wird die Batterieeinrichtung elektrisch von der Verbraucherschnittstelle getrennt. Den Verbrennungsmotor abschaltende Komfort-/Effizienzfunktionen werden für diesen Notmodus deaktiviert um beispielsweise noch bis zur nächsten Werkstatt fahren zu können ohne auf die Starterbatterie angewiesen zu sein.In response to or during a faulty state of the battery device, the generator is electrically conductively connected to the consumer interface in a
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 102102
- Energieversorgungsvorrichtungpower supply device
- 104104
- elektrischer Verbraucherelectrical consumer
- 106106
- Motorengine
- 108108
- Starterstarter
- 110110
- erste Verbraucherschnittstellefirst consumer interface
- 112112
- zweite Verbraucherschnittstellesecond consumer interface
- 114114
- Generatorgenerator
- 116116
- Batterieeinrichtungbattery setup
- 118118
- Schalteinrichtungswitching device
- 120120
- Steuereinrichtungcontrol device
- 122122
- Batteriebattery
- 124124
- Steuersignalcontrol signal
- 126126
- Fehlersignalerror signal
- 128128
- Fehlererkennungseinrichtungerror detection device
- 130130
- Spannungsreglervoltage regulator
- 132132
- Abschaltsignalshutdown signal
- 140140
- Generatoranschlussgenerator connection
- 142142
- erster Verbraucheranschlussfirst consumer connection
- 144144
- erster Batterieanschlussfirst battery connection
- 146146
- zweiter Batterieanschlusssecond battery connection
- 148148
- zweiter Verbraucheranschlusssecond consumer connection
- 150150
- Sicherungskastenfuse box
- 151151
- Verbindungsleitungconnection line
- 152152
- Batterieschalterbattery switch
- 154154
- weiterer Batterieschalter another battery switch
- 201201
- Schritt des Verbindensstep of connecting
- 203203
- Schritt des Verbindens und TrennensConnecting and disconnecting step
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