EP3197725A1 - Bordnetz - Google Patents

Bordnetz

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Publication number
EP3197725A1
EP3197725A1 EP15745192.3A EP15745192A EP3197725A1 EP 3197725 A1 EP3197725 A1 EP 3197725A1 EP 15745192 A EP15745192 A EP 15745192A EP 3197725 A1 EP3197725 A1 EP 3197725A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical system
sub
consumer
consumers
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15745192.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Fassnacht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3197725A1 publication Critical patent/EP3197725A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0231—Circuits relating to the driving or the functioning of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/017—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including arrangements for providing electric power to safety arrangements or their actuating means, e.g. to pyrotechnic fuses or electro-mechanic valves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the invention relates to a vehicle electrical system, in particular an electrical vehicle electrical system, for a motor vehicle having a plurality of consumers and a method for supplying consumers in a vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • Electric vehicle electrical systems in motor vehicles have a large number of electrical consumers which are supplied with electrical energy by a power supply, such as, for example, a battery or a generator.
  • a power supply such as, for example, a battery or a generator.
  • electric vehicle electrical systems also have electromechanical or
  • the electrical energy in the motor vehicle should be available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and an adequate power supply is ensured during operation, so that at least
  • safety-related devices such as the brakes, the steering and the light
  • electrical consumers In the parked state, electrical consumers should still be able to operate for a reasonable period of time without a subsequent start becoming impossible. It should be noted that in the event of a failure in the power supply or a short circuit in the electrical system can lead to a failure of the supply of consumers, which in turn leads to failure of functions of the motor vehicle.
  • a simple fault such as a short circuit in the electrical system or the failure of a battery or the generator must not lead to the elimination of steerability or braking ability of the vehicle.
  • Such a defect must not lead to the fact that, for example, a system for autonomous or semi-autonomous control of the vehicle abruptly fails.
  • safety-related consumers As has already been stated, increasingly safety-related consumers are provided in modern wiring systems which perform important functions in the motor vehicle and must never fail. In order to achieve this, it is known to connect safety-related consumers to one or more sub-electrical systems, each sub-electrical system having its own energy supply, which may include, for example, a battery and / or a generator. In case of failure of the power supply of a sub-board network safety-related consumers can be supplied by other sub-board networks and thus their operation can be maintained.
  • the document DE 10 2005 004 330 AI describes a vehicle electrical system for
  • Safety-related consumers with at least two sub-networks in which a safety-related consumer is to be supplied with a supply voltage via two different supply paths, wherein the supply paths can be decoupled from one another by decoupling means.
  • the safety-related consumer can be connected to at least two energy stores via at least four supply paths.
  • From the document DE 102 51 589 AI is a vehicle electrical system with at least two sub-board networks, in each of which a supply voltage is available known.
  • a safety-related consumer is provided, which is connected to one of the sub-electrical systems. This can be acted upon by a supply voltage via two different supply paths, the supply paths being decoupled from one another by decoupling means, such as, for example, switches.
  • the presented electrical system is characterized by the fact that this is set up to consumers with a so-called medium safety reference be supplied with electrical energy from a respective sub-board network of at least two sub-board networks.
  • the consumer is, for example, connected via switches to the sub-board networks and can be connected symmetrically between the two sub-board networks.
  • a sub-board network is characterized by its own energy supply, which is typically independent of the other sub-board networks.
  • Power supply can serve, for example, a battery and / or a generator.
  • a sub-board network can have an energy store.
  • Consumers in the vehicle electrical system are associated with devices or components of the vehicle, such as electronic brake systems, lighting systems and electronic steering systems. Depending on the assigned component, the rating of the respective consumer is set to a security level.
  • Each sub-board network is powered, for example, via a base-board network of a generator arranged there, the sub-board network is separated by a voltage transformer or switch from the base board network and can have a separate energy storage, so that supplies consumers in this sub-board with high voltage quality and high reliability can be.
  • the consumers monitoring devices may be provided in the sub-board networks.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the circuit arrangement.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the circuit arrangement.
  • FIG. 3 shows yet another embodiment of the circuit arrangement.
  • consumers can be divided into several categories according to their security reference.
  • the topologies presented below are based on consumers in the following three categories.
  • Consumer Rl high security and redundant supply, the consumer is assigned a high security level
  • Consumer R2 medium safety reference, the consumer is assigned to a medium safety level
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system 10 in which a consumer of medium safety reference is supplied from two sub-board networks.
  • the illustration shows a first sub-board network 12 and a second sub-board network 14.
  • the first Partial power supply 12 are associated with a first generator 16 and a first battery 18.
  • the second part of the electrical system 14, a second generator 20 and a second battery 22 are assigned.
  • the illustration shows a consumer R3a 24, a consumer R2 26 and a consumer R3b 28.
  • the consumer R2 26 is a consumer of security category 2 and thus a consumer medium safety reference. This one is symmetrical to the two
  • the electrical system 10 of Figure 1 consists in principle of the two Operabordnetzen 12, 14 left and right, each with a generator 16 or 20 and battery 18 and 22, which via the intelligent switching units 30, 40 a consumer with medium
  • Switching units 30, 40 have diode function, which means that you only allow current flow from one of the sub-network 12 or 14 to the consumer R2 26. If a source, for example. A generator 16 or 20, a
  • Part-board network 12 and 14 causes an overvoltage, then the corresponding intelligent switching unit 30 and 40 also disconnects.
  • the generators 16, 20 can exist as two separate generators 16, 20 or two generators 16, 20 on a shaft and possibly in a housing.
  • FIG. 2 shows a vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 100. This includes a first sub-board network 102 and a second sub-board network 104. Both sub-board networks 102, 104 are one
  • the Generator 106 assigned. This supplies a first battery 108 in the first sub-board network 102 and a second battery 110 in the second sub-board network 104.
  • the illustration also shows a first switching unit Sla 120 with a first switch 122 and a first diode 124, a second switching unit Slb 130 with a second switch 132 and a second diode 134, a third diode D2a 140, a fourth diode 142, a consumer R3a 150, a consumer R2 152 and a consumer R3b 154.
  • dispensed with a generator and the two sub-electrical systems 102, 104, each with a battery 108 and 110 are powered by a single generator, the generator 106, and if necessary via the
  • Generator 106 causes a short circuit or overvoltage, so both electrical systems 102, 104 are separated therefrom and can continue to work until the batteries 108, 110 are empty.
  • diodes D2a 140 and D2b 142 intelligent switches with diode function can also be used. If here the generator 106 fails, the driver should be warned that his vehicle or safety-related systems could fail in the foreseeable future. At a battery short circuit the affected battery 108 or 110 is separated via the corresponding diode 140 or 142 from the consumer R2 152 and the intelligent
  • Consumers R2 152 with a medium safety reference continue to be supplied.
  • the consumer R3a 150 is supplied without safety reference from the first sub-board network 102 and the consumer R3b 154 without safety reference from the second sub-board network 104.
  • FIG. 3 shows a vehicle electrical system 200.
  • the illustration shows a generator 206, a battery 208, a first switch 210 in parallel with a first diode Dl 212, a switching unit 220 with a switch Sl 222 and a diode 224, a switch S2 226 in series with a second diode 228, a switch S3 230 and a consumer R2 240 medium safety reference, a consumer R3a 242 without safety reference and a consumer R3b 244 without safety reference.
  • the generator 206 may fail with both short circuit and overvoltage. This is effectively kept away from the electrical system 200 via the switch Sl 222 and the switch S2 226.
  • a battery in this case the battery 206, does not show any
  • the parallel first switch 210 allows, if the battery 208 has no short circuit, charging also via energy flows from the electrical system 200, for example when braking electric drives.
  • a non-safety related consumer in this case the consumer R3a 242 or the consumer R3b 244, has a short circuit or a short circuit
  • Short circuit of the generator 206 or the battery 208 which short-circuits each other component and allows charging of the battery 208 by the generator 206th
  • switches are thus provided with which the consumer R2 of the medium security level can be switched back and forth between the two sub-board networks, and switches which disconnect sub-board networks, power supplies, d. H. Battery and / or generator, and / or consumers from the electrical system is possible.

Abstract

Es werden ein Bordnetz (10) mit einer Anzahl von Verbrauchern (24, 26, 28) und ein Verfahren zum Versorgen von Verbrauchern (24, 26, 28) in einem Bordnetz vorgestellt. In dem Bordnetz (20) sind die Verbraucher (24, 26, 28) unterschiedlichen Sicherheitsstufen zugeordnet.

Description

Beschreibung Titel
Bord netz
Die Erfindung betrifft ein Bordnetz, insbesondere ein elektrisches Bordnetz, für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Verbrauchern und ein Verfahren zum Versorgen von Verbrauchern in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Elektrische Bordnetze in Kraftfahrzeugen weisen eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern auf, die von einer Energieversorgung, wie bspw. einer Batterie oder einem Generator, mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus verfügen elektrische Bordnetze auch über elektromechanische bzw.
elektronische Bauteile, wie bspw. Schalter und Spannungswandler.
Die elektrische Energie im Kraftfahrzeug sollte derart verfügbar sein, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt ist, so dass zumindest
sicherheitsbezogene Einrichtungen, wie bspw. die Bremsen, die Lenkung und auch das Licht, sicher und durchgängig versorgt werden. Im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start unmöglich wird. Zu beachten ist, dass es im Falle eines Ausfalls in der Spannungsversorgung oder bei einem Kurzschluss im Bordnetz zu einem Ausfall der Versorgung der Verbraucher kommen kann, was wiederum zum Ausfall von Funktionen des Kraftfahrzeugs führt.
Die Einführung neuartiger elektronischer oder mechatronischer Systeme im Kraftfahrzeug, wie elektrischer Lenkung oder neuartiger Assistenzsysteme, wie z. B. Bremsassistent oder Adaptive Cruise Control (adaptiver Fahrtregler), welche den Energieverbrauch des Fahrzeug senken und die Sicherheit bzw. den Komfort für den Fahrer deutlich erhöhen, findet derzeit verstärkt statt. Zukünftig sind weitere Systeme, die autonomes oder teilautonomes Fahren ermöglichen, in Planung oder werden aktuell entwickelt. Falls solche Systeme in einem Fahrzeug verbaut sind, so müssen diese auch zuverlässig funktionieren bzw. die
Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfüllen. Hierbei sind besonders sogenannte Common-Cause- Fehler bzw. Einfach- Fehler, die dann zur schlagartigen Fehlfunktion des gesamten Systems oder Teilsystems führen, zu vermeiden.
Der Einsatz derartiger neuer Systeme stellt somit auch erhöhte Anforderungen an die Sicherheit bzw. Verfügbarkeit des Bordnetzes, da diese Systeme meist aus dem Standard-12V-Bordnetz des Fahrzeugs versorgt werden. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen finden auch Bordnetze mit höherer Spannung Verwendung. Ein Ausfall des Bordnetzes basierend auf einem Einfachfehler darf in keinem Fall zum Ausfall eines sicherheitsbezogenen Systems führen, das für die sichere Funktion des Fahrzeugs unabdingbar ist und sich aus dem 12V-Bordnetz versorgt.
Ein einfacher Fehler, wie bspw. ein Kurzschluss im Bordnetz oder der Ausfall einer Batterie oder des Generators, darf nicht zum Wegfall der Lenkbarkeit oder Bremsbarkeit des Fahrzeugs führen. Ein derartiger Defekt darf auch nicht dazu führen, dass beispielsweise ein System zur autonomen oder teilautonomen Steuerung des Fahrzeugs schlagartig ausfällt. Ein Autofahrer, der sich auf das System verlässt und eventuell gerade unachtsam ist, würde eventuell bei einem schlagartigen Ausfall zu spät oder falsch reagieren, was zu einer
Gefährdung führen könnte.
Das aktuell in den meisten Fahrzeugen verbaute Bordnetz mit einem Generator und einer 12-V-Batterie ist für die bisher verbauten elektrischen Systeme meist ausreichend. Für neuartige sicherheitsbezogene Systeme, deren Funktion für den sicheren Betrieb des Fahrzeugs unabdingbar ist, sind neuartige
Bordnetztopologien nötig, welche die Energieversorgung für diese
sicherheitsbezogenen Verbraucher zuverlässig sicherstellen. Wie bereits ausgeführt wurde sind in modernen Bordnetzen zunehmend sicherheitsbezogene Verbraucher vorgesehen, die wichtige Funktionen im Kraftfahrzeug ausführen und in keinem Fall ausfallen dürfen. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, sicherheitsbezogene Verbraucher an ein oder mehrere Teilbordnetze anzuschließen, wobei jedes Teilbordnetz über eine eigene Energieversorgung, die bspw. eine Batterie und/oder einen Generator umfassen kann, verfügt. Bei Ausfall der Energieversorgung eines Teilbordnetzes können sicherheitsbezogene Verbraucher von anderen Teilbordnetzen versorgt werden und damit deren Betrieb aufrechterhalten werden.
Die Druckschrift DE 10 2005 004 330 AI beschreibt ein Bordnetz für
sicherheitsbezogene Verbraucher mit mindestens zwei Teilbordnetzen, bei dem ein sicherheitsbezogener Verbraucher über zwei verschiedene Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung zu versorgen ist, wobei die Versorgungswege durch Entkopplungsmittel voneinander entkoppelbar sind. Außerdem ist der sicherheitsbezogene Verbraucher über wenigstens vier Versorgungswege mit wenigstens zwei Energiespeichern verbindbar.
Aus der Druckschrift DE 102 51 589 AI ist ein Bordnetz mit wenigstens zwei Teilbordnetzen, in denen jeweils eine Versorgungsspannung zur Verfügung steht, bekannt. In dem Bordnetz ist ein sicherheitsbezogener Verbraucher vorgesehen, der an eines der Teilbordnetze angeschlossen ist. Dieser ist über zwei verschiedene Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar, wobei die Versorgungswege durch Entkopplungsmittel, wie bspw. Schalter, voneinander entkoppelt sind.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Bordnetz nach Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Bordnetz zeichnet sich dadurch aus, dass dieses dazu eingerichtet ist, Verbraucher mit einem sogenannten mittleren Sicherheitsbezug mit elektrischer Energie aus jeweils einem Teilbordnetz von mindestens zwei Teilbordnetzen zu versorgen. Der Verbraucher ist hierzu bspw. über Schalter mit den Teilbordnetzen verbunden und kann symmetrisch zwischen den beiden Teilbordnetzen geschaltet sein. Es sind weiterhin Verbraucher ohne
Sicherheitsbezug vorgesehen, die ebenfalls mit Energie versorgt werden.
Selbstverständlich können zusätzlich Verbraucher mit einem hohen
Sicherheitsbezug vorgesehen sein.
Es werden somit Bordnetztopologien vorgestellt, die eine sichere Versorgung sicherheitsbezogener Verbraucher gewährleisten und die "gewöhnlichen" Verbraucher effizient versorgen. Dies wird mit geringem Aufwand erreicht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Topologien, die Verbraucher mit mittlerem
Sicherheitsbezug und ohne Sicherheitsbezug versorgen.
Ein Teilbordnetz zeichnet sich durch eine eigene, typischerweise von den anderen Teilbordnetzen unabhängige Energieversorgung aus. Als
Energieversorgung kann bspw. eine Batterie und/oder ein Generator dienen. Weiterhin kann ein Teilbordnetz über einen Energiespeicher verfügen.
Verbraucher in dem Bordnetz sind Einrichtungen bzw. Komponenten des Fahrzeugs, wie bspw. elektronische Bremssysteme, Lichtsysteme und elektronische Lenksysteme, zugeordnet. Je nach zugeordneter Komponente erfolgt die Einstufung des betreffenden Verbrauchers in eine Sicherheitsstufe.
Jedes Teilbordnetz wird bspw. über ein Basisbordnetz von einem dort angeordneten Generator mit Energie versorgt, wobei das Teilbordnetz durch einen Spannungswandler oder Schalter vom Basisbordnetz getrennt ist und über einen separaten Energiespeicher verfügen kann, so dass Verbraucher in diesem Teilbordnetz mit hoher Spannungsqualität und hoher Zuverlässigkeit versorgt werden können. Neben den Verbrauchern können in den Teilbordnetzen auch Überwachungsgeräte vorgesehen sein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführung der Schaltungsanordnung.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung.
Figur 3 zeigt noch eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Grundsätzlich können Verbraucher in mehrere Kategorien entsprechend ihres Sicherheitsbezugs eingeteilt werden. Den im Folgenden vorgestellten Topologien liegen Verbraucher der folgenden drei Kategorien zu Grunde.
Verbraucher Rl: hoher Sicherheitsbezug und redundante Versorgung, der Verbraucher ist einer hohen Sicherheitsstufe zugeordnet,
Verbraucher R2: mittlerer Sicherheitsbezug, der Verbraucher ist einer mittleren Sicherheitsstufe zugeordnet,
Verbraucher R3: kein Sicherheitsbezug, der Verbraucher ist keiner
Sicherheitsstufe zugeordnet.
Figur 1 zeigt ein Bordnetz 10, bei dem eine Versorgung eines Verbrauchers mittleren Sicherheitsbezugs aus zwei Teilbordnetzen erfolgt. Die Darstellung zeigt ein erstes Teilbordnetz 12 und ein zweites Teilbordnetz 14. Dem ersten Teilbordnetz 12 sind ein erster Generator 16 und eine erste Batterie 18 zugeordnet. Dem zweiten Teilbordnetz 14 sind ein zweiter Generator 20 und eine zweite Batterie 22 zugeordnet. Weiterhin zeigt die Darstellung einen Verbraucher R3a 24, einen Verbraucher R2 26 und einen Verbraucher R3b 28. Außerdem sind eine erste Schalteinheit 30 mit einem ersten Schalter 32 und einer ersten Diode 34 sowie eine zweite Schalteinheit 40 mit einem zweiten Schalter 42 und einer zweiten Diode 44 wiedergegeben.
Im Folgenden sind die Verbraucher R3a 24 und R3b 28 unabhängige
Verbraucher der Sicherheitskategorie 3, d. h. Verbraucher ohne
Sicherheitsbezug. Dies bedeutet, es handelt sich nicht um eine redundante Versorgung eines Verbrauchers, wie dies bei Verbrauchern der Kategorie 1, also bei Verbrauchern mit hohem Sicherheitsbezug, der Fall wäre. Der Verbraucher R2 26 ist ein Verbraucher der Sicherheitskategorie 2 und somit ein Verbraucher mittleren Sicherheitsbezugs. Dieser ist symmetrisch zu den beiden
Teilbordnetzen 12, 14 angeordnet.
Entsprechend dieser Einteilung werden die Verbraucher in das Bordnetz 10 integriert. Bei den hierin vorgestellten Bordnetztopologien werden, wie dies eingangs beschrieben wurde, vornehmlich oder gar ausschließlich Verbraucher mit maximal mittlerem Sicherheitsbezug versorgt. Das Bordnetz 10 der Figur 1 besteht im Prinzip aus den beiden Teilbordnetzen 12, 14 links und rechts mit je einem Generator 16 bzw. 20 und Batterie 18 bzw. 22, welche über die intelligenten Schalteinheiten 30, 40 einen Verbraucher mit mittlerem
Sicherheitsbezug, den Verbraucher R2 26, versorgen. Die intelligenten
Schalteinheiten 30, 40 haben Diodenfunktion, was bedeutet, dass Sie nur Stromfluss aus einem der Teilbordnetze 12 bzw. 14 zum Verbraucher R2 26 zulassen. Falls eine Quelle, bspw. ein Generator 16 bzw. 20, eines
Teilbordnetzes 12 bzw. 14 eine Überspannung verursacht, so trennt die entsprechende intelligente Schalteinheit 30 bzw. 40 ebenfalls. Die Generatoren 16, 20 können als zwei getrennte Generatoren 16, 20 oder zwei Generatoren 16, 20 auf einer Welle und eventuell in einem Gehäuse bestehen.
Der Vorteil der Topologie in Figur 1 ist, dass entweder das rechte oder das linke Teilbordnetz 12 oder 14 komplett, z. B. auch mit Kurzschluss ausfallen kann, und die Versorgung des Verbrauchers R2 26 immer noch dauerhaft sichergestellt ist. Theoretisch können auch mehrere Verbraucher der Kategorie 2 parallelversorgt werden. Allerdings muss dann sichergestellt werden, dass kein derartiger Verbraucher einen Kurzschluss oder eine Überspannung, die zum Ausfall der anderen Verbraucher führt, verursacht.
Falls keine dauerhafte Versorgung unabhängig von einem beliebigen Einzelfehler nötig ist, so kann die Topologie gemäß Figur 2 gewählt werden, bei der ein Bordnetz mit zwei Teilbordnetzen mit je einer Batterie, die aus einem Generator versorgt werden, vorgesehen ist. Figur 2 zeigt ein Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Dieses umfasst ein erstes Teilbordnetz 102 und ein zweites Teilbordnetz 104. Beiden Teilbordnetzen 102, 104 ist ein
Generator 106 zugeordnet. Dieser versorgt eine erste Batterie 108 im ersten Teilbordnetz 102 und eine zweite Batterie 110 im zweiten Teilbordnetz 104.
Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Schalteinheit Sla 120 mit einem ersten Schalter 122 und einer ersten Diode 124, eine zweite Schalteinheit Slb 130 mit einem zweiten Schalter 132 und einer zweiten Diode 134, eine dritte Diode D2a 140, eine vierte Diode 142, einen Verbraucher R3a 150, einen Verbraucher R2 152 sowie einen Verbraucher R3b 154.
Bei dieser Ausführung wird auf einen Generator verzichtet und die beiden Teilbordnetze 102, 104 mit je einer Batterie 108 bzw. 110 werden über einen einzigen Generator, den Generator 106, versorgt und notfalls über die
intelligenten Schalteinheiten Sla 120, Slb 130 von diesem entkoppelt. Falls der
Generator 106 einen Kurzschluss oder eine Überspannung verursacht, so werden beide Bordnetze 102, 104 hiervon getrennt und können weiterarbeiten, bis die Batterien 108, 110 leer sind. Der Verbraucher R2 152, der ein
Verbraucher mittleren Sicherheitsbezugs darstellt, kann also noch versorgt werden, bis beide Teilbordnetze 102, 104 ausgefallen sind.
Anstelle der Dioden D2a 140 und D2b 142 können auch intelligente Schalter mit Diodenfunktion eingesetzt werden. Falls hier der Generator 106 ausfällt, so sollte der Fahrer gewarnt werden, dass sein Fahrzeug bzw. sicherheitsbezogene Systeme in absehbarer Zeit ausfallen könnten. Bei einem Batteriekurzschluss wird die betroffene Batterie 108 bzw. 110 über die entsprechende Diode 140 bzw. 142 vom Verbraucher R2 152 getrennt und über die intelligente
Schalteinheit 120 bzw. 130 wird ebenfalls der Generator 106 von der Batterie 108 bzw. 110 getrennt. Über die andere Batterie 108 bzw. 110 kann der
Verbraucher R2 152 mit mittlerem Sicherheitsbezug weiterhin versorgt werden. Im Betrieb wird der Verbraucher R3a 150 ohne Sicherheitsbezug aus dem ersten Teilbordnetz 102 und der Verbraucher R3b 154 ohne Sicherheitsbezug aus dem zweiten Teilbordnetz 104 versorgt.
Zur Vereinfachung kann auch die zweite Batterie weggelassen werden. Eine solche Topologie mit einem Generator und einer Batterie ist in Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt ein Bordnetz 200.
In diesem Fall könnten ein Teilbordnetz bestehend aus Generator und
Verbraucher bei Ausfall der Batterie und ein Teilbordnetz bestehend aus Batterie und Verbraucher bei Ausfall des Generators angegeben werden.
Die Darstellung zeigt einen Generator 206, eine Batterie 208, einen ersten Schalter 210 parallel zu einer ersten Diode Dl 212, eine Schalteinheit 220 mit einem Schalter Sl 222 und einer Diode 224, einen Schalter S2 226 in Reihe zu einer zweiten Diode 228, einen Schalter S3 230 sowie einen Verbraucher R2 240 mittlerem Sicherheitsbezug, einen Verbraucher R3a 242 ohne Sicherheitsbezug und einen Verbraucher R3b 244 ohne Sicherheitsbezug.
Bei dieser Ausführung kann der Verbraucher R2 240 mit mittlerem
Sicherheitsbezug entweder über den Generator 206 oder die Batterie 208 versorgt werden, falls die andere Komponente ausfällt. Der Generator 206 kann sowohl mit Kurzschluss als auch mit Überspannung ausfallen. Dies wird über den Schalter Sl 222 bzw. den Schalter S2 226 wirkungsvoll vom Bordnetz 200 ferngehalten. Eine Batterie, in diesem Fall die Batterie 206 zeigt keine
Überspannung. Daher wird nur der Kurzschluss der Batterie 208 vom Bordnetz 200 über die Diode Dl 212 getrennt.
Hierbei ist allerdings zu beachten, dass mit weggefallener Batterie 208 auch deren Pufferwirkung wegfällt. Verbraucher, die steile und hohe Leistungspulse dem Bordnetz 200 entnehmen, können somit nicht oder nur mit Derating, d. h. mit Drosselung, versorgt werden. Der parallele erste Schalter 210 ermöglicht, falls die Batterie 208 keinen Kurzschluss aufweist, ein Laden auch über Energieströme aus dem Bordnetz 200, beispielsweise beim Bremsen von elektrischen Antrieben.
Falls ein nicht sicherheitbezogener Verbraucher, in diesem Fall der Verbraucher R3a 242 oder der Verbraucher R3b 244, einen Kurzschluss oder eine
Überspannung verursacht, so wird dies über den Schalter S3 230 von dem Verbraucher R2 240 über ein Öffnen ferngehalten. Die Schalteinheit 220 zwischen der Batterie 208 und dem Generator 206 verhindert, dass ein
Kurzschluss des Generators 206 oder der Batterie 208 die jeweils andere Komponente mit kurzschließt und ermöglicht ein Laden der Batterie 208 durch den Generator 206.
Bei den gezeigten Ausführungen der Figuren 1 bis 3 sind somit Schalter vorgesehen, mit denen für den Verbraucher R2 der mittleren Sicherheitsstufe zwischen den beiden Teilbordnetzen hin- und hergeschaltet werden kann, und Schalter die ein Abtrennen von Teilbordnetzen, Energieversorgungen, d. h. Batterie und/oder Generator, und/oder Verbrauchern aus dem Bordnetz möglich ist.

Claims

Ansprüche
1. Bordnetz mit einer Anzahl an Verbrauchern (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) und mindestens zwei Teilbordnetzen (12, 14, 102, 104), die jeweis über eine eigene Energieversorgung verfügen, wobei die Verbraucher (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) unterschiedlichen Sicherheitsstufen zugeordnet sind, wobei mindestens einer der Verbraucher (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) einer mittleren Sicherheitsstufe zugeordnet ist und aus wenigstens zwei der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) versorgt werden kann und mindestens einer der Verbraucher (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) keiner Sicherheitsstufe zugeordnet ist und nur aus einem der Teilbordnetze (12,
14, 102, 104) versorgt werden kann.
2. Bordnetz nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Schalter (32, 42, 122, 132, 210, 222, 226, 230) vorgesehen ist, über den die Versorgung des mindestens einen Verbrauchers (26, 152, 240) mittlerer Sicherheitsstufe aus den wenigstens zwei der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) erfolgt.
3. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens ein Schalter (32, 42, 122, 132, 210, 222, 226, 230) vorgesehen ist, mit dem eines der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) von dem Bordnetz (10, 100, 200) abgetrennt werden kann.
4. Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens ein Schalter (32, 42, 122, 132, 210, 222, 226, 230) vorgesehen ist, mit dem einer der Verbraucher (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) von dem Bordnetz (10, 100, 200) abgetrennt werden kann.
5. Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der mindestens eine Verbraucher (26, 152, 240) einer mittleren Sicherheitsstufe symmetrisch zwischen zwei Teilbordnetzen (12, 14, 102, 104) angeordnet ist.
6. Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
7. Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zum Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine ausgebildet ist.
8. Bordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das über ein Basisbordnetz verfügt, in dem die Energieversorgungen der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) angeordnet sind.
9. Verfahren zum Versorgen eines Verbrauchers (26, 152, 240) der einer mittleren Sicherheitsstufe zugeordnet ist, und mindestens eines Verbrauchers (24, 28, 150, 154, 242, 244), der keiner Sicherheitsstufe zugeordnet ist, wobei der mindestens eine Verbraucher (26,152, 240) einer mittleren Sicherheitsstufe aus wenigstens zwei der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) versorgt wird und der mindestens eine Verbraucher (24, 28, 150, 154, 242, 244) ohne Sicherheitsstufe nur aus einem der Teilbordnetze (12, 14, 102, 104) versorgt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem mindestens ein Verbraucher (24, 26, 28, 150, 152, 154, 240, 242, 244) über Betätigen mindestens eines Schalters (32, 42, 122, 132, 210, 222, 226, 230) von dem Bordnetz (10, 100, 200) abgetrennt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem mindestens ein Teilbordnetz (12, 14, 102, 104) über Betätigen mindestens eines Schalters (32, 42, 122, 132, 210, 222, 226, 230) von dem Bordnetz (10, 100, 200) abgetrennt wird.
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