DE102022119054A1 - Energiebordnetz eines Fahrzeugs und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiebordnetz (EBN) eines Fahrzeugs (F), aufweisend mindestens einen Stromverteiler (PDi) zum Anschluss mehrerer aus dem Energiebordnetz (EBN) mit elektrischer Energie versorgbarer elektrischer Komponenten (IB, EPS, WIP, ELF, RAS) an jeweilige Stromzweige des Stromverteilers (PDi), wobei in den Stromverteiler (PDi) ein mehrstufiger Frequenzfilter (BPi) mit mehreren selektiv schaltbaren Filterstufen (FSj) mit jeweils fest parametrisierten Filterparametern (Rj, Lj, Cj) integriert ist und der Stromverteiler (PDi) dazu eingerichtet ist, die Filterstufen (FSj) abhängig von einem Schaltzustand des Energiebordnetzes zu schalten. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes (EBN) eines Fahrzeugs (F), bei dem über den Kommunikationskanal (CAN) Information über den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes (EBN) an die Steuereinrichtung (ECU) des Stromverteilers übermittelt wird, die Steuereinrichtung aus dieser Information eine zugehörige Konfiguration der Filterstufen (FSj) ableitet und die Steuereinrichtung die Filterstufen (FSj) gemäß dieser Konfiguration schaltet (GT). Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Energiebordnetz eines Fahrzeugs, aufweisend mindestens einen Stromverteiler zum Anschluss mehrerer aus dem Energiebordnetz mit elektrischer Energie versorgbarer elektrischer Komponenten an jeweilige Stromzweige des Stromverteilers. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiebordnetzes. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
• Energiebordnetze von Fahrzeugen bestehen aus lokal ausgedehnten Kabelbäumen und angeschlossenen elektrischen Komponenten. Das entstehende RLC Netzwerk ist schwingfähig aufgrund vorherrschendender Resonanzen. Eine Anregung des Systems führt zu einer Spannungsoszillation an den Klemmen angeschlossener Komponenten. Eine Möglichkeit, kritische Spannungsoszillationen zu dämpfen, ist die Integration passiver Bandpass-Filter. Durch die zunehmende Einführung elektronischer Sicherungen und kollektiver Schaltgruppen wird sich die Bordnetzimpedanz künftig jedoch stärker ändern. Die Auslegung eines passiven Bandpass-Filters auf Basis einer vorliegenden Bordnetzimpedanz ist dann nur bedingt gültig.
• Um die Auswirkungen hochdynamischer Leistungsschwankungen zu reduzieren, können mehrstufige Bandpass-Filter verwendet werden. So beschreibt Martin Baumann, Ali Shoar Abouzari, Christoph Weissinger, Bjørn Gustavsen, Hans-Georg Herzog: „Passive Filter Design Algorithm for Transient Stabilization of Automotive Power Systems", 2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring), 25. - 28. April 2021, Helsinki, Finnland, dass das automobile Bordnetz zunehmend um hochdynamische Leistungselektronik erweitert wird. Diese Komponenten können möglicherweise zu Fehlfunktionen oder Ausfällen von sicherheitsrelevanten Niederspannungskomponenten führen. Die Störanfälligkeit wird häufig durch den Einsatz überdimensionierter passiver Eingangselektronik reduziert. In dieser Veröffentlichung wird ein alternatives Mittel zur Störungsunterdrückung durch die Einführung von systemintegrierten adaptiven passiven Filtern vorgestellt. Es wird ein Methodenvorschlag zur Untersuchung der Eignung potentieller Zugangspunkte innerhalb komplexer Netzwerke vorgestellt. Ein algorithmisches Verfahren zur Parametrierung mehrerer schaltbarer Bandpassfilterstufen wird erläutert. Messungen im Fahrzeug zeigen die Wirksamkeit des dimensionierten Filters, der Störungen bei 70 kHz um mehr als 75 % reduzieren kann. Diese Veröffentlichung wird vollumfänglich in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, Spannungsoszillation an den Klemmen von an einem Energiebordnetz eines Fahrzeugs angeschlossenen sicherheitsrelevanten Komponenten zu reduzieren.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
• Die Aufgabe wird gelöst durch Energiebordnetz eines Fahrzeugs, aufweisend mindestens einen Stromverteiler zum Anschluss mehrerer aus dem Energiebordnetz mit elektrischer Energie versorgbarer elektrischer Komponenten an jeweiligen Stromzweigen des Stromverteilers, wobei in den Stromverteiler ein mehrstufiger Frequenzfilter mit mehreren selektiv schaltbaren Filterstufen mit jeweils fest parametrisierten Filterparametern integriert ist und der Stromverteiler dazu eingerichtet ist, die Filterstufen abhängig von einem Schaltzustand des Energiebordnetzes zu schalten.
• Dieses Energiebordnetz ergibt den Vorteil, dass durch den mehrstufigen Frequenzfilter in dem Energiebordnetz vorherrschendende Resonanzen besonders effektiv insbesondere im Hinblick auf sicherheitsrelevante Komponenten gefiltert werden können und dadurch eine Stabilisierung ihrer Klemmenspannungen bei auftretenden Strom-/Leistungstransienten erreicht wird.
• Die Anordnung speziell in dem Stromverteiler ermöglicht vorteilhafterweise eine effektive Frequenzfilterung für sämtliche an den Stromverteiler angeschlossene Komponenten und darüber hinaus auch für an andere Stromverteiler angeschlossene Komponenten, weil Stromverteiler eines Energiebordnetzes in der Regel niederimpedant miteinander verbunden sind. Es wird daher möglich, nur einen Teil der Stromverteiler, ggf. sogar nur einen Stromverteiler, mit dem mehrstufigen Frequenzfilter auszurüsten und dennoch eine effektive Frequenzfilterung für sämtliche an Stromverteiler angeschlossene Komponenten bereitzustellen. Zudem gibt die Anordnung in dem Stromverteiler den Vorteil, dass sich der Filter darin baulich besonders einfach anordnen lässt.
• Ist ein solcher mehrstufiger Frequenzfilter vorhanden, können andere Frequenzfilter, die bestimmten, insbesondere sicherheitsrelevanten Komponenten vorgeschaltet sind, kleiner ausfallen, insbesondere verlustärmer und/oder preiswerter.
• Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Fahrzeug mit Verbrennermotor, ein Hybridfahrzeug oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Landfahrzeug wie ein Personenwagen, ein Motorrad, ein Bus, ein Lastwagen, usw., ein Luftfahrzeug wie ein Flugzeug, ein Hubschrauber, usw. oder ein Wasserfahrzeug wie ein Schiff, usw. sein.
• Der Stromverteiler dient dazu, mehrere elektrische Komponenten (Lasten, Verbraucher, usw.) an das Energiebordnetz anzuschließen und weist dazu insbesondere jeweilige (Einzel-)Stromzweige mit entsprechenden Anschlüssen bzw. Anschlussklemmen auf. Die anschließbaren Komponenten sind grundsätzlich beliebig und können sicherheitsrelevante (ASIL-) Komponenten und/oder nicht-sicherheitsrelevante Komfort (QM-) Komponenten umfassen. Insbesondere können die Einzelstromzweige jeweils wird mit einer Sicherung (E-Fuse oder Schmelzsicherung) abgesichert sein, um in hochverfügbaren Energiebordnetzen Fehler schnell und selektiv isolieren zu können.
• Der Frequenzfilter dient dazu, in dem Stromverteiler auftretende Spannungsoszillation außerhalb eines erlaubten Frequenzbands zu reduzieren. Der Frequenzfilter bzw. dessen Filterstufen können dazu mit oder als grundsätzlich beliebige geeignete Frequenzfilter ausgebildet sein, z.B. als Bandpass, Bandsperre, Tiefpass und/oder Hochpass.
• Dass die Filterstufen selektiv schaltbar sind, umfasst insbesondere, dass die Filterstufen selektiv bzw. individuell zu- und abschaltbar sind, also selektiv zur Filterfunktion beitragen können, oder nicht. Dass eine Filterstufe fest parametrisierte Filterparameter aufweist bzw. fest parametrisiert ist, umfasst insbesondere, dass die durch die Filterparameter bestimmte Filtereigenschaft grundsätzlich beliebig, aber dann fest gewählt ist, also für eine bestimmte Filterstufe nicht variabel einstellbar ist. Es ist eine Weiterbildung, dass jeder der Filterstufen ein Schalter zugeordnet ist, welcher dazu eingerichtet ist, die zugehörige Filterstufe zu- oder abzuschalten.
• Dass der Stromverteiler dazu eingerichtet ist, die Filterstufen abhängig von einem Schaltzustand des Energiebordnetzes zu schalten, umfasst insbesondere, dass dem Stromverteiler ein aktueller Schaltzustand des Energiebordnetzes bekannt ist und die Filterstufen entsprechend zu schalten. Unter einem bestimmten „Schaltzustand des Energiebordnetzes“ kann insbesondere eine bestimmte Einstellung aus der Gruppe aller in dem Energiebordnetz möglichen Schaltmöglichkeiten verstanden werden bzw. der (kollektive) Zustand aller Schaltstellungen von Schaltern des Energiebordnetzes. Mit jedem der Schaltzustände ist ein bestimmtes Resonanzverhalten des Energiebordnetzes verbunden, wobei sich das Resonanzverhalten bei einer Änderung des Schaltzustands mehr oder weniger ändern kann.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der mehrstufige Frequenzfilter parallel zu den Stromzweigen des Stromverteilers angeordnet ist. So ergibt sich der Vorteil, dass dessen Filterfunktion bei einfacher Implementierung auf alle Stromzweige des Stromverteilers wirken kann.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der Stromverteiler, insbesondere eine Steuereinrichtung davon, des Stromverteilers dazu eingerichtet ist, über einen Kommunikationskanal Information über den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes zu erhalten. So wird der Vorteil erreicht, dass dem Stromverteiler der aktuelle immer mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Mikrokontroller sein. Die Steuereinrichtung des Stromverteilers kann in den Stromverteiler integriert sein oder kann ein außerhalb des Stromverteilers angeordnetes, mit dem Stromverteiler kommunikativ gekoppeltes Gerät, z.B. ein Steuergerät, sein.
• Der Kommunikationskanal kann beispielsweise ein Datenbus sein, z.B. ein CAN-Bus, „Automotive Ethernet“, usw. Dabei wird ausgenutzt, dass sich der Schaltzustand des Energiebordnetzes in der Regel nicht so schnell ändert, dass sich die endliche Übertragungsgeschwindigkeit eines Datenbusses negativ auswirkt.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der Stromverteiler, insbesondere dessen Steuereinrichtung, dazu eingerichtet ist, aus dieser Information eine zugehörige (Schalt-)Konfiguration des mehrstufigen Frequenzfilters bzw. der Filterstufen abzuleiten und die Filterstufen gemäß diesem Schaltzustand zu schalten. In anderen Worten bestimmt bzw. ermittelt der Stromverteiler, insbesondere dessen Steuereinrichtung, für den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes einen zugehörigen Schaltzustand des mehrstufigen Frequenzfilters, d.h., eine bestimmte Kombination bzw. „Konfiguration“ an zu- und/oder abgeschalteten Filterstufen. Ändert sich also der Schaltzustand des Energiebordnetzes, wird eine diesem Schaltzustand zugehörige Filterkonfiguration ermittelt und eingestellt. Es ist möglich, dass verschiedenen Schaltzuständen des Energiebordnetzes die gleiche Filterkonfiguration zugeordnet ist, in welchem Fall sich bei Änderung zwischen diesen Schaltzuständen die Filterkonfiguration nicht ändert, ansonsten schon.
• Das Ableiten der Konfiguration der Filterstufen bzw. der Filterkonfiguration aus der Information über den Schaltzustand kann so umgesetzt sein, dass eine Verknüpfung jedes Schaltzustands mit einer zugehörigen Filterkonfiguration in einem Datenspeicher auslesbar abgelegt ist, z.B. in einer Nachschlagetabelle.
• Dass der Stromverteiler, insbesondere dessen Steuereinrichtung, dazu eingerichtet ist, die Filterstufen gemäß dieser Konfiguration zu schalten, kann so umgesetzt sein, dass die Steuereinrichtung direkt Schaltsignale an den jeweiligen Filterstufen zugehörige Schalter ausgibt. Alternativ kann die Steuereinrichtung Befehle o.ä. an eine Schalteinrichtung, z.B. einen Gate-Treiber, übermitteln, welche dann die Schalter entsprechend ansteuert.
• Die Art der Schalter ist grundsätzlich beliebig und kann beispielsweise Relais, Schmelzsicherungen und/oder elektronische Schalter umfassen. Sollte beispielsweise eine Schmelzsicherung durch einen Fehler (z.B. Kurzschluss) geschmolzen sein und eine elektrische Komponente von dem Energiebordnetz trennen, beeinflusst dies das Resonanzverhalten. Die Trennung ist dadurch bekannt, dass die Komponente unerwarteterweise nicht per Datenbus erreichbar ist. Die Trennung bzw. fehlende Erreichbarkeit kann dann der Steuereinrichtung mitgeteilt werden. Ein elektronischer Schalter kann beispielsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekt-Transistor, insbesondere ein MOSFET, insbesondere ein GaN- oder SiC-MOSFET, sein.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Filterstufen durch niederimpedante elektronische Schalter schaltbar (d.h., zu- oder abschaltbar) sind, was vorteilhaft ist, um Energieverluste gering zu halten. Als besonders vorteilhaft hat sich die Nutzung eines niederimpedanten MOSFETs als Schalter herausgestellt.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Filterstufen Bandpassfilter umfassen, insbesondere jede der Filterstufen jeweils mindestens einen Bandpassfilter umfasst, insbesondere jede der Filterstufen genau einen Bandpassfilter umfasst, insbesondere nur genau einen Bandpassfilter umfasst. So lassen sich Störfrequenzen besonders einfach und effektiv herausfiltern.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass die Filterstufen durch eine, insbesondere bidirektionale, Suppressordiode abgesichert sind. Dies ergibt den Vorteil, dass die Filterstufen vor kurzzeitigen Spannungsimpulsen geschützt sind.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass der mehrstufige Frequenzfilter mit den mehreren selektiv schaltbaren Filterstufen durch eine elektronische Sicherung abgesichert ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Filter bei einer Störung oder einem Versagen vom Energiebornetz abtrennbar ist und sich der Effekt davon nicht in das Energiebordnetz ausbreitet.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass an mindestens einen der Stromzweige eine sicherheitsrelevante (ASIL-) Komponente angeschlossen ist. Eine sicherheitsrelevante Komponente kann beispielsweise ein integriertes Bremssystem, eine elektrisch angetriebene Servolenkung, ein Scheibenwischermotor, usw. sein. Es ist eine Weiterbildung, dass an mindestens einen der Stromzweige eine Komfort- (QM-) Komponenten wie ein elektrischer Ventilator, eine Hinterachslenkung, usw. angeschlossen sein. Es ist eine Weiterbildung, dass die sicherheitsrelevanten Komponenten zum Anschluss an einen gemeinsamen Stromzweig vorgesehen sind (von dem sich wiederum die einzelnen Stromzweige für die sicherheitsrelevanten Komponenten verzweigen) und die Komfortkomponenten zum Anschluss an einen gemeinsamen Stromzweig vorgesehen sind (von dem sich wiederum die einzelnen Stromzweige für die Komfortkomponenten verzweigen).
• Es ist eine Ausgestaltung, dass das den mindestens einen Stromverteiler aufweisende Energiebordnetz ein Niedervolt-Energiebordnetz, insbesondere Niedervolt-Energieteilbordnetz, ist. Das Niedervolt-Energiebordnetz kann beispielsweise eine Nennspannung zwischen 12 V und 60 V aufweisen. Ist das Energiebordnetz ein Niedervolt-Energieteilbordnetz, kann es einen Teil eines Gesamt-Energiebordnetzes sein, welches auch ein Hochvolt-Energieteilbordnetz aufweist, z.B. mit einer Nennspannung, die höher ist als die Nennspannung des Niedervolt-Energieteilbordnetzes, z.B. zwischen 48 V und 800 V oder sogar noch höher. Der mindestens eine Stromverteiler ist also in das Niedervolt-Energiebordnetz, insbesondere Niedervolt-Energieteilbordnetz, integriert und dazu eingerichtet, die Filterstufen abhängig von einem Schaltzustand des Niedervolt-Energiebordnetzes, insbesondere Niedervolt-Energieteilbordnetzes, zu schalten.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes eines Fahrzeugs wie oben beschrieben, bei dem
• - über den Kommunikationskanal Information über den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes an die Steuereinrichtung des Stromverteilers übermittelt wird,
• - die Steuereinrichtung aus dieser Information einen zugehörigen Schaltzustand der Filterstufen ableitet und
• - die Steuereinrichtung die Filterstufen gemäß diesem Schaltzustand schaltet.
• Das Verfahren kann analog zu dem Energiebordnetz ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
• 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ersatzschaltbild eines möglichen Energiebordnetzes eines Fahrzeugs mit mehreren Stromverteilern; und
• 2 zeigt ein abstrahiertes Ersatzschaltbild eines mehrstufigen Filters eines Stromverteilers des Energiebordnetzes aus 1.
• 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ersatzschaltbild eines Energiebordnetzes EBN eines Fahrzeugs F. Das Energiebordnetz EBN weist ein Niedervolt (NV-) Teilbordnetz auf, das aus einem Hochvolt (HV-)Teilbordnetz mit einer HV-Netzspannung V_HV über hier mehrere galvanisch getrennte Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 versorgbar ist. Die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 wandeln die höhere HV-Netzspannung V_HV des HV-Teilbordnetzes in eine jeweilige niedrigere NV-Spannung V_cm, V_cs1 bzw. V_cs2 um. Die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 sind an einen Kommunikationskanal des Fahrzeugs F, hier z.B. einen CAN-Bus CAN, angeschlossen und können darüber miteinander kommunizieren. Insbesondere können die Gleichspannungswandler GSW1, GSW2, GSW3 in einer Master-Slave-Anordnung vorliegen, wobei z.B. der Gleichspannungswandler GSW1 als Master verwendet wird und die Gleichspannungswandler GSW2, GSW3 als Slaves eingesetzt werden.
• Die NV-Spannungen V_cm, V_cs1 und V_cs2 werden hier über einen jeweiligen Knoten A, B bzw. C an einen lokal ausgedehnten Kabelbaum KB des NV-Teilbordnetzes angelegt, und zwar über Leitungen mit jeweiligen Leitungsimpedanzen Z_I,cm, Z_I,cs1 bzw. Z_I,cs2. Benachbarten Knoten, A und B, B und C, usw. des ausgedehnten Kabelbaums KB sind typischerweise durch Leitungsabschnitte mit Leitungsimpedanzen Z_I,AB, Z_I,BC, usw. voneinander getrennt.
• An den Kabelbaum KB ist ferner eine Batterie Bat angeschlossen, hier beispielhaft an dem Knoten A über eine Leitung mit Leitungsimpedanz Z_I,bat.
• An dem Kabelbaum KB des NV-Teilbordnetzes sind außerdem mehrere elektrische Komponenten angeschlossen, und zwar über mindestens einen (hier: zwei) Stromverteiler PD1, PD2. Vorliegend sind die Stromverteiler PD1 und PD2 über Leitungsimpedanzen Z_I,pd1 bzw. Z_I,pd2 an die Knoten B bzw. C angeschlossen. An die Stromverteiler PD1, PD2 können über Einzelstromzweige sowohl sicherheitsrelevante (ASIL-) Komponenten wie ein integriertes Bremssystem, IB, eine elektrisch angetriebene Servolenkung, EPB, Scheibenwischermotor, WIP, usw. als auch Komfort- (QM-) Komponenten wie ein elektrischer Ventilator, ELF und eine Hinterachslenkung, RAS, angeschlossen sein. Die in den einzelnen Stromzweigen vorliegenden Impedanzen sind hier als die Leitungsimpedanzen Z_mnh,p und als Impedanzen Z_mn,p der angeschlossenen Komponenten mit „m“ der Nummer des Stromverteilers PD1, PD2, „n“ der Bezeichnung für einen Stromzweig mit „a“ für eine ASIL-Komponente und „q“ für eine Komfortkomponente sowie „p“ der Nummer der ASIL- oder Komfortkomponente in einem jeweiligen Stromverteiler PD1, PD2 eingezeichnet.
• Um Störungen insbesondere von sicherheitsrelevanten Komponenten IB, EPB, WIP zu vermeiden, ist in jedem der Stromverteiler PD1, PD2 elektrisch parallel zu den jeweils angeschlossenen elektrischen Komponenten ein mehrstufiger Bandpass-Filter BP1 bzw. BP2 (mit jeweiligen Impedanzen Z_f,pd1 bzw. Z_f,pd2) mit jeweils mehreren, selektiv zu- und abschaltbaren Stufen FS_j angeordnet. Die Filter BP1 und BP2 können baugleich oder - beispielsweise bezüglich der Zahl und/oder Filtereigenschaften der Filterstufen FS_j - unterschiedlich ausgebildet sein.
• Der mehrstufige Bandpass-Filter BP₁, BP₂ als auch die an die Stromverteiler PD1, PD2 angeschlossenen elektrischen Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS sind über jeweilige elektronische Sicherungen bzw. „E-Fuses“ EF_i (siehe 2) abgesichert.
• Grundsätzlich können in dem NV-Teilbordnetz ein oder mehrere Stromverteiler PDi mit i ≥ 1 vorhanden sein, also auch mehr als zwei Stromverteiler PD1, PD2. Insbesondere kann an jeden der Stromverteiler PDi mindestens eine sicherheitsrelevante Komponenten IB, EPB, WIP und/oder mindestens eine Komfortkomponente ELF, RAS angeschlossen sein.
• Um Störungen insbesondere von - insbesondere auch sicherheitsrelevanten - Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS, usw. noch weiter zu verringern, können in den zugehörigen Einzelstromzweig weitere Frequenzfilter und/oder elektronische Sicherungen (o. Abb.) vorhanden sein, welche dazu vorgesehen sind, speziell die jeweilige Komponenten IB, EPB, WIP, ELF, RAS, usw. zu sichern. Diese weiteren Frequenzfilter können bei Vorhandensein der Filter BP1 und BP2 vorteilhafterweise kleiner ausfallen als ohne Filter BP1 und BP2.
• 2 zeigt ein abstrahiertes Ersatzschaltbild eines in einem der Stromverteiler PDi mit des Energiebordnetzes EBN integrierten mehrstufigen passiven Bandpass-Filters BP_i. Der Filter BP_i ist optional über eine niederimpedante elektronische Sicherung EF_i abgesichert, welche sich durch Schalter Q_fuse wahlweise leitend oder sperrend schalten lässt. Die elektronische Sicherung EF_i befindet sich in dem gleichen Einzelstromzweig wie der Bandpass-Filter BP_i und ist diesem vorteilhafterweise vorgeschaltet, ggf. mit dem Bandpass-Filter BP_i in einem gemeinsamen Modul verbaut.
• Der mehrstufige Filter BP_i umfasst j = 1, ..., k (hier: k > 2) parallel geschaltete Bandpass-Filterstufen FS_j mit einer jeweiligen fest parametrierten Kombination aus Widerstand R_j, Induktivität L_j und Kapazität C_j, deren Werte als Filterparameter angesehen werden können. Die Bandpass-Filterstufen FS_j sind über jeweilige elektronische Schalter Q_j wahlweise zum Stromnetz zuschaltbar oder davon abschaltbar. Die elektronischen Schalter Q_j sind hier als niederimpedante MOSFETs ausgebildet.
• Die Filterstufen FS_j sind durch eine dem mehrstufigen Filter BP_i interne bidirektionale Suppressordiode D₁ vor kurzzeitigen Spannungsimpulsen geschützt.
• Die elektronischen Schalter Q_j werden mittels eines Gate-Treibers GT des Stromverteilers PDi angesteuert, welcher wiederum mittels einer Steuereinrichtung ECU des Stromverteilers PDi z.B. in Form eines Mikrokontrollers eingestellt wird. Die Steuereinrichtung ECU empfängt über den CAN-Bus CAN Änderungen über einen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes. Die Steuereinrichtung ECU gleicht eine Änderung des Schaltzustands bzw. den dann aktuellen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes mit einer Datenbank, insbesondere einer darin gespeicherten Nachschlagetabelle, ab, in welcher jedem möglichen Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes eine entsprechende diskrete (Schalt-) Konfiguration des Filters BP_i zugeordnet ist. Unter einer diskreten Konfiguration des Filters BP_i wird insbesondere eine bestimmte Kombination von Leitend/Sperrend-Schaltungen der elektronischen Schalter Q_j verstanden. Dazu ist die für einen bestimmten Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes hinterlegte Konfiguration des Filters BP_i die zur Unterdrückung von Resonanzen im NV-Teilbordnetzes unter diesem Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes am besten geeignete diskrete Konfiguration des Filters BP_i. Für jeden Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes gibt es also insbesondere genau eine, durch die zugehörige Zu- und Abschaltung der Stufen FS_j festgelegte Filterparametrierung des Filters BP_i. In noch anderen Worten interpretiert oder ermittelt die Steuereinrichtung ECU die zugehörige Konfiguration der elektronischen Schalter Q_j des Filters BP_i anhand der über den CAN-Bus CAN mitgeteilten Information über den Schaltzustand des NV-Teilbordnetzes.
• Der durch die Steuereinrichtung ECU nachgeschlagene diskrete Schaltzustand des Filters BP_i wird an den Gate-Treiber GT weitergereicht, der die elektronischen Schalter Q_j entsprechend schaltet.
• Eine Systemspannung V_s entspricht der an dem Stromverteiler PDi detektierten Spannung zwischen dessen Knotenpunkt B, C o.ä. und dem lokalen Referenzpotenzial (Masse).
• Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
• So kann allgemein mindestens eine an einen Stromverteiler PDi angeschlossene Komponente IB, EPB, WIP, ELF, RAS zusätzlich mit einem eigenen, fest parametrierten Bandpassfilter ausgestattet sein. Auch kann mindestens eine an einen Stromverteiler PDi angeschlossene Komponente IB, EPB, WIP, ELF, RAS zusätzlich durch eine eigene Sicherung, insbesondere elektronische Sicherung abgesichert sein.
• Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
• Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
• Bezugszeichenliste

A

Knoten

ASIL

Sicherheitsrelevante Komponente

B

Knoten

BPi

i-ter mehrstufiger Bandpassfilter

C

Knoten

Cj

Kapazität der j-ten Filterstufe

D1

Suppressordiode

EBN

Energiebordnetz

ECU

Steuereinrichtung

EFi

Elektronische Sicherung des i-ten Stromverteilers

ELF

Elektrischer Ventilator

EPB

Elektrisch angetriebene Servolenkung

F

Fahrzeug

FSj

j-te Filterstufe

GSWi

i-ter Gleichspannungswandler

GT

Gate-Treiber

IB

Integriertes Bremssystem

Lj

Induktivität der j-ten Filterstufe

PDi

i-ter Stromverteiler

QM

Komfortkomponente

Qfuse

Schalter der elektronischen Sicherung

Qj

Schalter der j-ten Filterstufe

Rj

Widerstand derj-ten Filterstufe

RAS

Hinterachsenlenkung

VHV

HV-Netzspannung

WIP

Scheibenwischermotor

Z

Impedanz

ZI

Leitungsimpedanz

Claims (10)

1. Energiebordnetz (EBN) eines Fahrzeugs (F), aufweisend mindestens einen Stromverteiler (PD1, PD2, PDi) zum Anschluss mehrerer aus dem Energiebordnetz (EBN) mit elektrischer Energie versorgbarer elektrischer Komponenten (IB, EPS, WIP, ELF, RAS) an jeweilige Stromzweige des Stromverteilers (PD1, PD2, PDi), wobei - in den Stromverteiler (PD1, PD2, PDi) ein mehrstufiger Frequenzfilter (BP_1, BP₂, BP_i) mit mehreren selektiv schaltbaren Filterstufen (FS_j) mit jeweils fest parametrisierten Filterparametern (R_j, L_j, Cj) integriert ist und - der Stromverteiler (PD1, PD2, PDi) dazu eingerichtet ist, die Filterstufen (FS_j) abhängig von einem Schaltzustand des Energiebordnetzes (EBN) zu schalten.
2. Energiebordnetz (EBN) nach Anspruch 1, wobei der mehrstufige Frequenzfilter (BP_1, BP₂, BP_i) parallel zu den Stromzweigen angeordnet ist.
3. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (ECU) des Stromverteilers (PD1, PD2, PDi) dazu eingerichtet ist, - über einen Kommunikationskanal (CAN) Information über den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes (EBN) zu erhalten, - aus dieser Information eine zugehörige Konfiguration der Filterstufen (FS_j) abzuleiten und - die Filterstufen (FS_j) gemäß dieser Konfiguration zu schalten.
4. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstufen (FS_j) Bandpassfilter umfassen.
5. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstufen (FS_j) durch niederimpedante elektronische Schalter (Q_j) schaltbar sind.
6. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstufen (FS_j) durch eine, insbesondere bidirektionale, Suppressordiode (D₁) abgesichert sind.
7. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mehrstufige Frequenzfilter (BP_1, BP₂, BP_i) durch eine elektronische Sicherung (EF_i) abgesichert ist.
8. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einen der Stromzweige eine sicherheitsrelevante Komponente (IB, EPS, WIP) angeschlossen ist.
9. Energiebordnetz (EBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energiebordnetz (EBN) ein Niedervolt-Energiebordnetz, insbesondere Niedervolt-Energieteilbordnetz ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes (EBN) eines Fahrzeugs (F) nach einem der vorhergehenden Ansprüche einschließlich Anspruch 3, bei dem - über den Kommunikationskanal (CAN) Information über den aktuellen Schaltzustand des Energiebordnetzes (EBN) an die Steuereinrichtung (ECU) des Stromverteilers übermittelt wird, - die Steuereinrichtung (ECU) aus dieser Information eine zugehörige Konfiguration der Filterstufen (FS_j) ableitet und - die Steuereinrichtung (ECU) die Filterstufen (FS_j) gemäß dieser Konfiguration schaltet (GT).

Images