DE102021209522A1

DE102021209522A1 - Schaltvorrichtung, Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102021209522A1
Application number: DE102021209522.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Maximilian Nipper; Johannes Swoboda; Venkatrao Desai; Holavanahalli Shashank; Joerg Schneider; Peter Kohn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-02
Also published as: WO2023030733A1

Abstract

Schaltvorrichtung zur Spannungsversorgung zumindest einer sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente (4), wobei die Schaltvorrichtung einen ersten Schaltungsabschnitt (1) aufweist, wobei der erste Schaltungsabschnitt (1) die sicherheitskritische erste elektrische Komponente (4) mit einer ersten Schalteinheit (2) zur regulären Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente (4) verbindet,
wobei der erste Schaltungsabschnitt (1) die erste elektrische Komponente (4) mit einer zweiten Schalteinheit (3) zur redundanten Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente (4) verbindet,
insbesondere wobei die zweite Schalteinheit (3) eingerichtet ist, die erste elektrische Komponente (4) für einen vorgegebenen Zeitraum zu speisen.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltvorrichtung
Stand der Technik
Die WO 2020/182891 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung und ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit zusätzlicher Antriebsbatteriekopplung zum automatischen Bewegen einer Vorrichtung des Kraftfahrzeugs in einer vordefinierten Fahrsituation, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Sicherheitssystems.
Offenbarung der Erfindung
Der Kern der Erfindung bei der Schaltvorrichtung zur Spannungsversorgung zumindest einer sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente, wobei die Schaltvorrichtung einen ersten Schaltungsabschnitt aufweist, besteht darin, dass der erste Schaltungsabschnitt die sicherheitskritische erste elektrische Komponente mit einer ersten Schalteinheit zur regulären Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente verbindet, wobei der erste Schaltungsabschnitt die erste elektrische Komponente mit einer zweiten Schalteinheit zur redundanten Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente verbindet.
Vorteilhafterweise ist die zweite Schalteinheit eingerichtet, die erste elektrische Komponente für einen vorgegebenen Zeitraum zu speisen.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit der sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente verbessert wird. Dabei ist die zweite Schalteinheit derart dimensioniert, dass sie gerade zur Spannungsversorgung für den vorgegebenen Zeitraum verwendbar ist. Innerhalb des vorgegebenen Zeitraums kann die Schaltvorrichtung in einen sicheren Zustand überführt werden. Danach ist eine weitere Verwendbarkeit der zweiten Schalteinheit nicht erforderlich. Somit ist eine Überdimensionierung der zweiten Schalteinheit vermeidbar.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit aus einer einzigen Spannungsquelle gespeist. Dadurch ist lediglich die Schalteinheit redundant ausgeführt, so dass eine Störung der ersten Schalteinheit kompensiert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Schalteinheit aus einer ersten Spannungsquelle gespeist und die zweite Schalteinheit ist aus einer zweiten Spannungsquelle gespeist. Somit ist die Ausfallsicherheit weiter verbessert, da zusätzlich eine Störung der ersten Spannungsquelle kompensiert werden kann.
Von Vorteil ist es dabei, wenn eine Nennspannung der ersten Spannungsquelle kleiner oder gleich einer Nennspannung der zweiten Spannungsquelle ist. Dadurch sind verschiedenartige Spannungsquellen als erste und zweite Spannungsquelle verwendbar.
Vorteilhafterweise ist als erste Spannungsquelle für ein Fahrzeug eine Spannungsquelle für ein Boardnetz des Fahrzeugs und als zweite Spannungsquelle eine Spannungsquelle für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs verwendbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine von der ersten Schalteinheit bereitgestellte Spannung größer ist als eine von der zweiten Schalteinheit bereitgestellte Spannung. Somit ist die zweite Schalteinheit vereinfacht und damit kostengünstiger als die erste Schalteinheit ausführbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der ersten Schalteinheit und der ersten elektrischen Komponente ein erstes Schaltmittel angeordnet und zwischen der zweiten Schalteinheit und der ersten elektrischen Komponente ist ein zweites Schaltmittel angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Schaltmittel eingerichtet sind, die erste elektrische Komponente und die Schalteinheiten jeweils zu entkoppeln.
Vorteilhafterweise sind die erste Schalteinheit und das erste Schaltmittel parallel geschaltet zur zweiten Schalteinheit und dem zweiten Schaltmittel angeordnet, insbesondere wobei ein Sternpunkt die erste elektrische Komponente mit dem ersten Schaltmittel und dem zweiten Schaltmittel verbindet. Dadurch sind das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel in einfacher Art und Weise mit der ersten elektrischen Komponente koppelbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel als Diode oder als steuerbares Schaltmittel, insbesondere als aktive Diode, ausgeführt ist. Somit ist die jeweilige Schalteinheit selbstschaltend oder steuerbar mit der ersten elektrischen Komponente koppelbar.
Vorteilhafterweise ist die erste Schalteinheit und/oder die zweite Schalteinheit als anwendungsspezifische integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, ausgeführt. Dadurch ist die Schaltvorrichtung kompakt ausführbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltvorrichtung einen zweiten Schaltungsabschnitt auf, der zur Spannungsversorgung zumindest einer zweiten elektrischen Komponente eingerichtet ist, wobei der zweite Schaltungsabschnitt eine dritte Schalteinheit aufweist, die unmittelbar mit der zweiten elektrischen Komponente verbunden ist. Somit ist die Spannungsversorgung der zweiten elektrischen Komponente, die nicht sicherheitskritisch ist, einfacher ausführbar als die Spannungsversorgung der sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die dritte Schalteinheit gleichartig zu der ersten Schalteinheit ist, insbesondere wobei die dritte Schalteinheit und die erste Schalteinheit identisch sind. Dadurch ist die erste Schalteinheit zur Spannungsversorgung der ersten und zweiten elektrischen Komponente verwendbar.
Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, besteht darin, dass die Vorrichtung eine Schaltvorrichtung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche aufweist.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert wird. Dabei ist die zweite Schalteinheit derart dimensioniert, dass sie gerade zur Spannungsversorgung für den vorgegebenen Zeitraum verwendbar ist. Innerhalb des vorgegebenen Zeitraums kann die Vorrichtung in einen sicheren Zustand überführt werden. Danach ist eine weitere Verwendbarkeit der zweiten Schalteinheit nicht erforderlich. Somit ist eine Überdimensionierung der zweiten Schalteinheit vermeidbar.
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben einer Schaltvorrichtung, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Schaltvorrichtung bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine sicherheitskritische erste elektrische Komponente aus einer ersten Schalteinheit gespeist wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Störung der ersten Schalteinheit auftritt, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die erste elektrische Komponente aus einer zu der ersten Schalteinheit redundanten zweiten Schalteinheit für einen vorgegebenen Zeitraum gespeist wird, insbesondere wobei der vorgegebene Zeitraum ausreichend ist, um die Schaltvorrichtung und/oder eine die Schaltvorrichtung aufweisende Vorrichtung in einen sicheren Zustand zu überführen.
Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit der sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente verbessert wird. Dabei ist die zweite Schalteinheit derart dimensioniert, dass sie gerade zur Spannungsversorgung für den vorgegebenen Zeitraum verwendbar ist. Innerhalb des vorgegebenen Zeitraums kann die Schaltvorrichtung in einen sicheren Zustand überführt werden. Danach ist eine weitere Verwendbarkeit der zweiten Schalteinheit nicht erforderlich. Somit ist eine Überdimensionierung der zweiten Schalteinheit vermeidbar.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

1 einen Schaltplan eines ersten Schaltungsabschnitts 1 der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung;
2 einen Schaltplan eines zweiten Schaltungsabschnitts 11 der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung und
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.

In 1 ist ein erster Schaltungsabschnitt 1 der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung dargestellt.
Der erste Schaltungsabschnitt 1 verbindet eine sicherheitskritische erste elektrische Komponente 4 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer ersten Schalteinheit 2 zur regulären Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente 4 und mit einer zweiten Schalteinheit 3 zur redundanten Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente 4.
Im Normalbetrieb wird die erste elektrische Komponente mittels der ersten Schalteinheit 2 gespeist. Falls die Spannungsversorgung über die erste Schalteinheit 2 gestört ist beziehungsweise ausfällt, wird die zweite Schalteinheit 3 zur Spannungsversorgung genutzt. Dabei ist die zweite Schalteinheit 3 derart dimensioniert, dass die zweite Schalteinheit 3 als Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente 4 lediglich zur Überführung der Vorrichtung in einen sicheren Zustand geeignet ist, beispielsweise um zu ermöglichen, dass ein Fahrzeug eine Nothaltebucht oder einen sicheren Parkplatz erreicht.
Beispielsweise ist die sicherheitskritische erste elektrische Komponente 4 ein Haltestromkreis für einen sicherheitskritischen Schalter.
Zwischen der ersten Schalteinheit 2 und der ersten elektrischen Komponente 4 ist ein erstes Schaltmittel, insbesondere eine erste Diode D1, angeordnet.
Zwischen der zweiten Schalteinheit 3 und der ersten elektrischen Komponente 4 ist ein zweites Schaltmittel, insbesondere eine zweite Diode D2, angeordnet.
Die erste Schalteinheit 2 und das erste Schaltmittel sind parallel geschaltet zu der zweiten Schalteinheit 3 und dem zweiten Schaltmittel angeordnet. Ein Sternpunkt S verbindet die erste elektrische Komponente 4 mit dem ersten Schaltmittel und dem zweiten Schaltmittel.
Alternativ kann das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel als steuerbares Schaltmittel, insbesondere als aktive Diode, ausgeführt sein.
Die von der ersten Schalteinheit 2 bereitgestellte Spannung ist größer oder gleich der von der der zweiten Schalteinheit 3 bereitgestellten Spannung. Dabei können die erste Schalteinheit 2 und die zweite Schalteinheit 3 aus einer einzigen Spannungsquelle, insbesondere aus einem einzigen elektrischen Energiespeicher, oder aus jeweils einer Spannungsquelle, insbesondere aus jeweils einem elektrischen Energiespeicher, gespeist sein.
Vorzugsweise ist die von der zweiten Schalteinheit 3 bereitgestellte Spannung kleiner als die von der ersten Schalteinheit 2 bereitgestellte Spannung und beträgt lediglich 5 V. Dadurch ist die zweite Schalteinheit 3 einfacher ausführbar als die erste Schalteinheit 2. Beispielsweise ist die zweite Schalteinheit 3 als Anwendungsspezifische integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, ausgeführt.
Im Falle mehrerer Spannungsquellen können die Spannungsquellen die gleiche oder verschiedene Nennspannungen aufweisen. Beispielsweise kann eine erste Spannungsquelle, die die erste Schalteinheit 2 speist, zur Bereitstellung einer Bordnetzspannung eines Fahrzeugs, insbesondere von 12 V oder 24 V, verwendet werden. Beispielsweise kann eine zweite Spannungsquelle, die die zweite Schalteinheit 3 speist, zur Speisung eines Fahrzeugantriebs, insbesondere mit 48 V oder einer Hochvoltspannung zwischen 200 V und 1000 V, verwendet werden.
In 2 ist ein zweiter Schaltungsabschnitt 11 der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung dargestellt.
Der zweite Schaltungsabschnitt 11 ist zur Speisung einer nicht sicherheitskritischen zweiten elektrischen Komponente 14 eingerichtet.
Die zweite elektrische Komponente 14 ist unmittelbar mit der dritten Schalteinheit 12 verbunden und aus dieser gespeist. Der zweite Schaltungsabschnitt 11 weist keine weitere zu der dritten Schalteinheit 12 redundante Schalteinheit auf.
Die dritte Schalteinheit 12 ist gleichartig zu der ersten Schalteinheit 2, insbesondere identisch mit der ersten Schalteinheit 2.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum Betreiben der Schaltvorrichtung dargestellt. Dabei weist das Verfahren 100 die folgenden Verfahrensschritte auf:

In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird eine sicherheitskritische erste elektrische Komponente 4 aus einer ersten Schalteinheit 2 gespeist.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 weist die erste Schalteinheit 2 eine Störung auf.
In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird die erste elektrische Komponente 4 aus einer zu der ersten Schalteinheit 2 redundanten zweiten Schalteinheit 3 für einen vorgegebenen Zeitraum gespeist. Dabei ist der vorgegebene Zeitraum ausreichend, um die Schaltvorrichtung und/oder eine die Schaltvorrichtung aufweisende Vorrichtung in einen sicheren Zustand zu überführen.
Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug verstanden, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020182891 A1 [0002]

Claims

Schaltvorrichtung zur Spannungsversorgung zumindest einer sicherheitskritischen ersten elektrischen Komponente (4), wobei die Schaltvorrichtung einen ersten Schaltungsabschnitt (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsabschnitt (1) die sicherheitskritische erste elektrische Komponente (4) mit einer ersten Schalteinheit (2) zur regulären Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente (4) verbindet, wobei der erste Schaltungsabschnitt (1) die erste elektrische Komponente (4) mit einer zweiten Schalteinheit (3) zur redundanten Spannungsversorgung der ersten elektrischen Komponente (4) verbindet, insbesondere wobei die zweite Schalteinheit (3) eingerichtet ist, die erste elektrische Komponente (4) für einen vorgegebenen Zeitraum zu speisen.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (2) und die zweite Schalteinheit (3) aus einer einzigen Spannungsquelle gespeist sind, oder dass die erste Schalteinheit (2) aus einer ersten Spannungsquelle gespeist ist und die zweite Schalteinheit (3) aus einer zweiten Spannungsquelle gespeist ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nennspannung der ersten Spannungsquelle kleiner oder gleich einer Nennspannung der zweiten Spannungsquelle ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der ersten Schalteinheit (2) bereitgestellte Spannung größer ist als eine von der zweiten Schalteinheit (3) bereitgestellte Spannung.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Schalteinheit (2) und der ersten elektrischen Komponente (4) ein erstes Schaltmittel angeordnet ist und zwischen der zweiten Schalteinheit (3) und der ersten elektrischen Komponente (4) ein zweites Schaltmittel angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (2) und das erste Schaltmittel parallel geschaltet zur zweiten Schalteinheit (3) und dem zweiten Schaltmittel angeordnet sind, insbesondere wobei ein Sternpunkt (S) die erste elektrische Komponente (4) mit dem ersten Schaltmittel und dem zweiten Schaltmittel verbindet.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltmittel und/oder das zweite Schaltmittel als Diode (D1, D2) oder als steuerbares Schaltmittel, insbesondere als aktive Diode, ausgeführt ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (2) und/oder die zweite Schalteinheit (3) als anwendungsspezifische integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, ausgeführt ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung einen zweiten Schaltungsabschnitt (11) aufweist, der zur Spannungsversorgung zumindest einer zweiten elektrischen Komponente (14) eingerichtet ist, wobei der zweite Schaltungsabschnitt (11) eine dritte Schalteinheit (12) aufweist, die unmittelbar mit der zweiten elektrischen Komponente (14) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schalteinheit (12) gleichartig zu der ersten Schalteinheit (2) ist, insbesondere wobei die dritte Schalteinheit (12) und die erste Schalteinheit (2) identisch sind.
Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, aufweisend eine Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren (100) zum Betreiben einer Schaltvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die Verfahrensschritte: wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) eine sicherheitskritische erste elektrische Komponente (4) aus einer ersten Schalteinheit (2) gespeist wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) eine Störung der ersten Schalteinheit (2) auftritt, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) die erste elektrische Komponente (4) aus einer zu der ersten Schalteinheit (2) redundanten zweiten Schalteinheit (3) für einen vorgegebenen Zeitraum gespeist wird, insbesondere wobei der vorgegebene Zeitraum ausreichend ist, um die Schaltvorrichtung und/oder eine die Schaltvorrichtung aufweisende Vorrichtung in einen sicheren Zustand zu überführen.