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Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung eines Bordnetzes, umfassend einen Hauptschalter zur elektrischen Verbindung einer Gleichspannungsquelle mit mindestens einem elektrischen Verbraucher, eine Hauptschaltersteuerungsschaltung zum Schließen und Öffnen des Hauptschalters, ein Messmittel zum Erfassen einer Spannung des Bordnetzes und einen Zwischenspeicher, der parallel zu dem mindestens einen elektrischen Verbraucher geschaltet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Managementsystem zur Steuerung und Überwachung einer Gleichspannungsquelle, umfassend eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung.
Die Erfindung betrifft auch ein Bordnetz, das eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung und/oder ein erfindungsgemäßes Managementsystem.
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Stand der Technik
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Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. In solchen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, wie z. B. Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, werden aufladbare Batterien eingesetzt, vorwiegend um elektrische Antriebseinrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Es ist sicherheitsrelevant, die Bestandsteile eines Bordnetzes, wie beispielsweise Batterien, Steuergeräte sowie anderen mit dem Bordnetz verbundenen elektrischen Verbraucher im Falle eines Load-Dumps zu schützen. Derzeitige Lösungen sind aufwendig und können die beim Load-Dump auftretenden Spannung nur auf eine höhere Spannung begrenzen. Aufgrund des hohen Begrenzungsspannung können die Bauteile mit einer niedrigeren Spannungsfestigkeit nicht im Bordnetz eingesetzt werden.
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Das Dokument
US 2012/0120535 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für ein Steuergerät und ein Verfahren zum Betreiben dieser Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Feldeffekttransistor, über den das Steuergerät angesteuert ist, und einen Komparator auf, der die zum Ansteuern des Steuergeräts vorgesehene Spannung mit einer Schwellenspannung vergleicht und bei Überschreiten der Schwellenspannung über eine Steuereinheit einen getakteten Betrieb des ersten Feldeffekttransistors einstellt.
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Das Dokument
DE 10 2007 027 482 A1 beschreibt eine Spannungsbegrenzungsschaltung zum Begrenzen einer von einem Generator in einem Kraftfahrzeug bereitgestellten Spannung, welche über einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss an die Spannungsbegrenzungsschaltung anlegbar ist. Dabei stellt die Spannungsbegrenzungsschaltung eine begrenzte Spannung über einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss als Ausgangsspannung bereit.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Überspannungsschutzschaltung eines Bordnetzes vorgeschlagen. Die Überspannungsschutzschaltung umfasst dabei einen Hauptschalter zur elektrischen Verbindung einer Gleichspannungsquelle mit mindestens einem elektrischen Verbraucher, eine Hauptschaltersteuerungsschaltung zum Schließen und Öffnen des Hauptschalters, ein Messmittel zum Erfassen einer Spannung des Bordnetzes und einen Zwischenspeicher, der parallel zu dem mindestens einen elektrischen Verbraucher geschaltet ist.
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Die Gleichspannungsquelle kann dabei als Batterie ausgebildet sein, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweist. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die Gleichspannungsquelle auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Mittels des Hauptschalters kann die Gleichspannungsquelle elektrisch mit dem mindestens einen elektrischen Verbraucher verbunden, sowie von dem mindestens einen elektrischen Verbraucher getrennt werden. Der Hauptschalter kann dabei als Halbleiterschalter, wie beispielsweise FET, insbesondere MOSFET, oder IGBT, oder mechanisches Relais ausgebildet sein. Um einen hohen Strom abzuschalten, kann der Haupteschalter mehrere parallel miteinander geschaltete Halbleiterschalter umfassen.
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Erfindungsgemäß ist die Hauptschaltersteuerungsschaltung dazu eingerichtet, den Hauptschalter auf ein Schaltsignal hin zu öffnen, wenn die von dem Messmittel erfasste Spannung des Bordnetzes einen ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und den Hauptschalter zu schließen, wenn ein Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, und den Hauptschalter wieder zu öffnen, wenn die vom Messmittel erfasste Spannung des Bordnetzes den ersten vorgegebenen Schwellenwert immer noch überschreitet. Der Zwischenspeicher ist dabei dazu eingerichtet, während des Öffnens des Hauptschalters den mindestens einen elektrischen Verbraucher mit Energie zu versorgen. Die Aktion des Öffnens/Schließens des Hauptschalters erfolgen in einer Zeitspanne, bis die Überspannung, beispielsweise aufgrund eines Load-Dumps, auf der Stromleitung der Gleichspannungsquelle verschwunden ist.
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Vorzugsweise umfasst das Messmittel ein Überspannungserfassungsmodul, das eingerichtet ist, die erfasste Spannung des Bordnetzes mit dem ersten vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen. Vorzugsweise umfasst das Messmittel ein Schaltsignalerzeugungsmodul, das eingerichtet ist, ein Offen-Signal zu erzeugen, wenn die Spannung des Bordnetzes den ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und ein Schließ-Signal zu erzeugen, wenn der Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
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Vorzugsweise ist der Zwischenspeicher als Kondensator oder Batterie ausgebildet.
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Es wird auch ein Managementsystem zur Überwachung und Steuerung einer Gleichspannungsquelle vorgeschlagen. Dabei umfasst das Managementsystem die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung. Das Managementsystem kann beispielsweise ein Batteriemanagementsystem sein. Das Managementsystem kann aber auch ein einem Batteriemanagementsystem übergeordnete Steuerungssystem, wie Beispielsweise ein Steuerungssystem zur Überwachung und Steuerung eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, sein.
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Das Managementsystem ist dabei dazu eingerichtet, die Hauptschaltersteuerungsschaltung so zu steuern, dass diese den Hauptschalter öffnet, wenn die von dem Messmittel erfasste Spannung des Bordnetzes einen ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und den Hauptschalter schließt, wenn ein Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Das Managementsystem ist ferner dazu eingerichtet, die Hauptschaltersteuerungsschaltung so zu steuern, dass diese den Hauptschalter wieder öffnet, wenn die vom Messmittel erfasste Spannung des Bordnetzes den ersten vorgegebenen Schwellenwert immer noch überschreitet. Das Managementsystem kann ferner dazu eingerichtet sein, die Energieversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers durch den Zwischenspeicher während des Öffnens des Hauptschalters zu überwachen und zu steuern.
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Ferner wird ein Bordnetz vorgeschlagen. Das Bordnetz umfasst dabei ein erstes Teilnetz, das eine erste Gleichspannungsquelle, mindestens einen ersten elektrischen Verbraucher und eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung und/oder ein erfindungsgemäßes Managementsystem aufweist.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Bordnetz ferner ein zweites Teilnetz, das eine zweite Gleichspannungsquelle und mindestens einen zweiten elektrischen Verbraucher aufweist. Das zweite Teilnetz ist dabei über eine Koppeleinheit mit dem ersten Teilnetz elektrisch verbunden. Dabei ist die Koppeleinheit dazu eingerichtet, dem zweiten Teilnetz Energie zu entnehmen und dem ersten Teilnetz zuzuführen. Das zweite Teilnetz kann auch eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Koppeleinheit auch dazu eingerichtet sein, dem ersten Teilnetz Energie zu entnehmen und dem zweiten Teilnetz zuzuführen.
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Vorzugsweise ist die Koppeleinheit dabei als DC/DC-Wandler, wie beispielsweise Inverswandler (engl.: Buck-Boost Converter) ausgebildet sein. Je nach Auslegung des Bordnetzes ist es aber auch denkbar, dass die Koppeleinheit als Tiefsetzstelle oder Hochsetzsteller ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist das Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes höher als das des ersten Teilnetzes. Beispielsweise liegt das Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes auf 48 V, während das Spannungsniveau des ersten Teilnetzes auf 12 V liegt. Andere Spannungsniveaus für das erste Teilnetz bzw. das zweite Teilnetz sind auch denkbar. Dabei kann der mindestens eine zweite elektrische Verbraucher beispielsweise als ein Antriebsmotor ausgebildet sein. Der mindestens eine erste elektrische Verbraucher kann dabei beispielsweise als ein Heizsystem ausgebildet sein.
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Die erste Gleichspannungsquelle kann dabei als Batterie ausgebildet sein, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweist. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die erste Gleichspannungsquelle auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Die zweite Gleichspannungsquelle kann dabei ebenfalls als Batterie ausgebildet sein, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweist. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die zweite Gleichspannungsquelle auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die erste Gleichspannungsquelle als eine 12-V-Batterie ausgebildet, während die zweite Gleichspannungsquelle als eine 48-V-Batterie ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung, das erfindungsgemäße Managementsystem und das erfindungsgemäße Bordnetz können sowohl bei stationären Anwendungen, wie beispielsweise bei Windkraftanlagen, als auch in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, zum Einsatz kommen.
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Es wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug umfasst dabei das erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung und/oder das erfindungsgemäße Managementsystem und/oder das erfindungsgemäße Bordnetz.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung umfasst diskrete Bauteile, die meistens bereits in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wurden, somit werden die Kosten eines Managementsystems, wie beispielsweise eines Batteriemanagementsystems, und/oder eines Bordnetz eines Kraftfahrzeugs reduziert.
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Mit der Erfindung kann beispielsweise bei eine 12-V-Bordnetz ein Load-Dump von 14 V bis 35V mit der minimalen Anstiegszeit von 100 µs behandelt werden, ohne die elektrischen Komponenten zu beschädigen.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung,
- 2 eine detaillierte schematische Darstellung des Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung,
- 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Ersatzschaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung und
- 4 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung 100 eines Bordnetzes 200. Die Überspannungsschutzschaltung 100 umfasst dabei einen Hauptschalter 20 zur elektrischen Verbindung einer Gleichspannungsquelle 10 mit einem elektrischen Verbraucher 40, eine Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 zum Schließen und Öffnen des Hauptschalters 20.
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Die Überspannungsschutzschaltung 100 umfasst ferner ein Messmittel 24 zum Erfassen einer Spannung des Bordnetzes 200.
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Die Gleichspannungsquelle 10 kann dabei als Batterie ausgebildet sein, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweist. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die Gleichspannungsquelle 10 auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Mittels des Hauptschalters 20 kann die Gleichspannungsquelle 10 elektrisch mit dem elektrischen Verbraucher 40 verbunden, sowie von dem elektrischen Verbraucher 40 getrennt werden. Der Hauptschalter 20 kann dabei als Halbleiterschalter oder mechanisches Relais ausgebildet sein. Um einen hohen Strom abzuschalten, kann der Haupteschalter 20 mehrere parallel miteinander geschaltete Halbleiterschalter umfassen.
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Das Messmittel 24 ist dabei dazu eingerichtet, die erfasste Spannung des Bordnetzes 200 mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen, ein Schaltsignal 242 zu erzeugen und an die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 zu übermitteln. Dabei erzeugt das Messmittel 24 ein Offen-Signal und übermittelt dieses an die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22, wenn die erfasste Spannung des Bordnetzes 200 den ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 ist dazu eingerichtet, den Hauptschalter 20 auf das Offen-Signal hin zu öffnen, wenn der von dem Messmittel 24 erfasste Spannung des Bordnetzes 200 einen ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Des Weiteren umfasst die Überspannungsschutzschaltung 100 einen Zwischenspeicher 42, der dazu eingerichtet ist, während des Öffnens des Hauptschalters 20 den elektrischen Verbraucher 40 mit Energie zu versorgen. Das Messmittel 24 erzeugt ferner ein Schließ-Signal und übermittelt dieses an die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22, wenn ein Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher 42 einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 ist ferner dazu eingerichtet, den Hauptschalter 20 auf das Schließ-Signal hin zu schließen, wenn der Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher 42 den zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
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2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung des in 1 schematisch dargestellten Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung 100 des Bordnetzes 200.
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In 2 ist der Hauptschalter 20 als ein MOSFET ausgebildet. Die Gleichspannungsquelle 10 ist dabei als eine Batterie ausgebildet. Das Messmittel 24 umfasst dabei ein Überspannungserfassungsmodul 246 zum Vergleichen der erfassten Spannung des Bordnetzes 200 mit einem Referenzsignal 244, welches einen ersten vorgegebenen Schwellenwert darstellt. Das Messmittel 24 umfasst ferner ein Schaltsignalerzeugungsmodul 248 zum Erzeugen eines Schaltsignals 242. Das Bordnetz 200 gemäß 2 umfasst ferner einen Eingangsfilter 12, das eine erste Diode 121 und einen ersten Kondensator 122 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung 100 umfasst dabei einen Zwischenspeicher 42, der vorliegend in 2 als ein Kondensator ausgebildet ist.
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Vorliegend in 2 umfasst das Bordnetz 200 einen Weckschaltung 26 zum Erzeugen eines Wecksignals 262, um die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 zu aktivieren, welche den Hauptschalter 20 dann schließt. Die Weckschaltung 26 ist dabei mit einer sogenannten T15-Klemme 14 elektrisch verbunden. Die T15-Klemme 14 ist ein Zündschalter, der bei Starten des Bordnetzes 200 bzw. des Kraftfahrzeugs geschlossen ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Ersatzschaltung der in 1 bzw. der in 2 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung 100.
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Das Messmittel 24 der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung 100 umfasst dabei ein Überspannungserfassungsmodul 246, das eine zweite Diode 50 und einen ersten Widerstand 52 aufweist. Ein erster Anschluss des ersten Widerstands 52 ist mit der Anode der zweiten Diode 50 elektrisch verbunden, während einen zweiten Anschluss des ersten Widerstands 52 mit Masse elektrisch verbunden ist. Die Kathode der zweiten Diode 50 ist dabei nach dem Hauptschalter 20 geschaltet und mit einem positiven Terminal eines als Kondensator ausgebildeten Zwischenspeichers 42 elektrisch verbunden. Die zweite Diode 50 ist dabei als eine Zener-Diode ausgebildet und derart ausgelegt, dass ihre Durchbruchsspannung den ersten vorgegebenen Schwellenwert entspricht. Im Falle eines Load-Dumps wird die zweite Diode 50 durchgebrochen, wenn die Load-Dump-Spannung die Durchbruchsspannung der zweiten Diode 50 bzw. den ersten vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Das Messmittel 24 umfasst ferner ein Schaltsignalerzeugungsmodul 248, das einen zweiten Widerstand 54, einen dritten Widerstand 56, einen vierten Widerstand 58, einen ersten Transistor 60 von npn-Typ und einen zweiten Kondensator 62 aufweist. Dabei sind der zweite Widerstand 54 und der dritte Widerstand 56 seriell miteinander verschaltet und einen Spannungsteiler ausgebildet. Ein erster Anschluss des zweiten Widerstands 54 ist mit der Anode der zweiten Diode 50 elektrisch verbunden, während ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands 54 mit einem Basis-Anschluss des ersten Transistors 60 und einen ersten Anschluss des dritten Widerstands 56 elektrisch verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des dritten Widerstand 56 ist dabei mit Masse elektrisch verbunden. Ein Kollektor-Anschluss des ersten Transistors 60 ist über den vierten Widerstand 58 elektrisch mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 10 verbunden. Ein Emitter-Anschluss des ersten Transistors 60 ist dabei elektrisch mit Masse verbunden. Ein erstes Terminal des zweiten Kondensators 62 ist elektrisch mit dem Kollektor-Anschluss des ersten Transistors 60 verbunden, während ein zweites Terminal des zweiten Kondensators 62 elektrisch mit Masse verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung 100 umfasst ferner eine Hauptschaltersteuerungsschaltung 22, das einen fünften Widertand 64 einen sechsten Widerstand 66, einen zweiten Transistor 68 von pnp-Typ, eine dritte Diode 70, einen siebten Widerstand 72, einen dritten Kondensator 74 und einen achten Widerstand 76 aufweist. Dabei ist ein Basis-Anschluss des zweiten Transistors 68 über den sechsten Widerstand 66 elektrisch mit dem Kollektor-Anschluss des ersten Transistors 60 verbunden. Dabei ist der fünfte Widerstand 64 zwischen einem Emitter-Anschluss des zweiten Transistors 68 und dem Kollektor-Anschluss des ersten Transistors 60 geschaltet. Ein Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors 68 ist dabei über den achten Widerstand 76 elektrisch mit der Weckschaltung 26 verbunden. Eine Kathode der dritten Diode 70 ist elektrisch mit dem Emitter-Anschluss des zweiten Transistors 68 verbunden, während eine Anode der dritten Diode 70 elektrisch mit dem Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors 68 verbunden ist. Der siebte Widerstand 72 und der dritte Kondensator 74 sind parallel zu der dritten Diode 70 und zwischen dem Emitter-Anschluss und dem Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors 68 geschaltet.
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Ein Source-Anschluss des als ein p-Kanal-MOSFET ausgebildeten Hauptschalters 20 ist elektrisch mit dem Emitter-Anschluss des zweiten Transistors 68 verbunden. Ein Drain-Anschluss des Hauptschalters 20 ist über einen als ein Widerstand dargestellten elektrischen Verbraucher 40 mit Masse verbunden. Ein Gate-Anschluss des Hauptschalters 20 ist elektrisch mit dem Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors 68 verbunden. Der Zwischenspeicher 42 ist dabei parallel zu dem elektrischen Verbraucher 40 geschaltet.
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Wenn die Spannung des Bordnetzes 200 im Falle eines Load-Dumps die Durchbruchsspannung der zweiten Diode 50 bzw. den ersten vorgegebenen Schwellenwert, wie beispielsweise 28,5 V, überschreitet, wird der erste Transistor 60 durch den von dem zweiten und dem dritten Widertand 54, 56 ausgebildeten Spannungsteiler zum Leiten aktiviert. Somit wird ein Schaltsignal 242 in Form eines Offen-Signals an die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 übermittelt. Auf das Offen-Signal hin wird der Hauptschalter 20 durch die Hauptschaltersteuerungsschaltung 22 geöffnet. Während des Öffnens des Hauptschalters 20, wird der elektrische Verbraucher 40 durch den Zwischenspeicher 42 mit Energie versorgt. Wenn der Spannungsabfall an dem Zwischenspeicher 42 einen zweiten Schwellenwert, welcher hierbei durch die Durchbruchsspannung der zweiten Diode 50 definiert ist, wird der Hauptschalter 20 wieder geschlossen. Der Hauptschalter 20 wird wieder geöffnet, wenn das Messmittel 24 immer noch eine hohe Spannung erfasst, die über den ersten Schwellenwert überschreitet.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 200.
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Das Bordnetz 200 umfasst dabei ein erstes Teilnetz 210 mit einer ersten Gleichspannungsquelle 212, mehreren ersten elektrischen Verbrauchern 214 und einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung 100.
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Die erste Gleichspannungsquelle 212 ist vorliegend in 3 als Batterie ausgebildet, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweisen kann. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die erste Gleichspannungsquelle 212 auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Die mehreren ersten elektrischen Verbraucher 214 sind vorliegend in 3 jeweils als ein elektrischer Widerstand dargestellt.
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Das Bordnetz 200 umfasst ferner ein zweites Teilnetz 220 mit einer zweiten Gleichspannungsquelle 222 und mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern 224. Das Bordnetz 200 umfasst auch eine Koppeleinheit 230, über die das zweite Teilnetz 220 elektrisch mit dem ersten Teilnetz 210 verbunden ist.
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Die zweite Gleichspannungsquelle 222 ist vorliegend in 3 ebenfalls als Batterie ausgebildet, die ein oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriemodule aufweisen kann. Bevorzugt umfasst die Batteriemodule dabei jeweils eine oder mehrere parallel und/oder seriell miteinander geschaltete Batteriezellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
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Alternativ kann die zweite Gleichspannungsquelle 222 auch als Kondensator, wie beispielsweise Superkondensator oder Hybridkondensator, oder als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
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Die mehreren zweiten elektrischen Verbraucher 224 sind vorliegend in 3 ebenfalls jeweils als ein elektrischer Widerstand dargestellt.
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Die Koppeleinheit 230 ist dabei eingerichtet, dem zweiten Teilnetz 220 Energie zu entnehmen und dem ersten Teilnetz 210 zuzuführen. Die Koppeleinheit 230 kann ferner eingerichtet sein, dem ersten Teilnetz 210 Energie zu entnehmen und dem zweiten Teilnetz 220 zuzuführen.
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Die Koppeleinheit 230 kann dabei als DC/DC-Wandler, wie beispielsweise Inverswandler ausgebildet sein. Je nach Auslegung des Bordnetzes 200 ist es aber auch denkbar, dass die Koppeleinheit 230 als Tiefsetzstelle oder Hochsetzsteller ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist das Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes 220 höher als das des ersten Teilnetzes 210. Beispielsweise liegt das Spannungsniveau des zweiten Teilnetzes 220 auf 48 V, während das Spannungsniveau des ersten Teilnetzes 210 auf 12 V liegt. Andere Spannungsniveaus für das erste Teilnetz 210 bzw. das zweite Teilnetz 220 sind auch denkbar. Dabei können die mehreren zweiten elektrischen Verbraucher 224 jeweils als ein Antriebsmotor ausgebildet sein. Die mehreren ersten elektrischen Verbraucher 214 können dabei beispielsweise als Heizsysteme, Lampen, usw., ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die erste Gleichspannungsquelle 212 als eine 12-V-Batterie ausgebildet, während die zweite Gleichspannungsquelle 222 als eine 48-V-Batterie ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0120535 A1 [0004]
- DE 102007027482 A1 [0005]
