EP3934941A1 - Energienetz für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben eines energienetzes für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Energienetz für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben eines energienetzes für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP3934941A1
EP3934941A1 EP20708474.0A EP20708474A EP3934941A1 EP 3934941 A1 EP3934941 A1 EP 3934941A1 EP 20708474 A EP20708474 A EP 20708474A EP 3934941 A1 EP3934941 A1 EP 3934941A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy network
network
partial energy
partial
voltage
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.)
Pending
Application number
EP20708474.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Schneider
Joerg SPIESSHOFER
Tihomir Tomanic
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.)
Audi AG
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Audi AG
Dr Ing HCF Porsche AG
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 Audi AG, Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3934941A1 publication Critical patent/EP3934941A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
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    • 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
    • B60R16/033—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 characterised by the use of electrical cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire DC power distribution systems; Systems having more than three wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire DC power distribution systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—DC supplies with two or more different DC voltage levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
    • H02J2105/33—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles
    • H02J2105/37—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles exchanging power with electric vehicles [EV] or with hybrid electric vehicles [HEV]

Definitions

  • the invention relates to an energy network for a motor vehicle, comprising a first partial energy network which is connected to a supply potential, a second partial energy network, and a coupling element which couples the second partial energy network to the supply potential via the first partial energy network.
  • the invention also relates to a method for operating such an energy network.
  • an energy supply and an interconnection of individual partial energy networks are referred to as the energy network or on-board energy network of a motor vehicle.
  • the energy network can be divided into an abstract energy network, also known as an energy distribution network, and a physical on-board network.
  • the abstract energy network describes an energy distribution, energy supply and energy conversion for or through the components of the energy network.
  • the physical on-board network describes the real components, such as a wiring harness, plug, cable and the individual components.
  • DE 10 2017 201 488 A1 discloses a method for detecting a short circuit in the electrical energy distribution network in which electrical energy is provided from at least one electrical energy source to at least one consumer. This publication mainly describes a mathematical method for detecting the short circuit.
  • DE 10 2012 022 083 A1 discloses a protective circuit for an electrical supply network of a motor vehicle. In response to a trigger signal from a control device, a triggerable disconnection element is activated in order to interrupt an electrical connection between a first connection and a second connection of the protective circuit. In this case, the electrical connection between the first and the second connection through the disconnection element cannot be provided again by a control signal from the control device.
  • a starter battery of the motor vehicle can be disconnected from the electrical supply network. In this way, any risk to passengers and the cargo on the motor vehicle can be prevented.
  • a multi-voltage on-board network is an on-board network that comprises several sub-networks with different network voltages.
  • this publication provides a control unit which detects a short circuit between these subnetworks and then deactivates an affected component of the respective subnetwork.
  • the object of the present invention is now to increase the availability of an energy network.
  • the invention provides an energy network for a motor vehicle.
  • the energy network comprises a first partial energy network that is connected to a supply supply potential is connected, a second partial energy network and a Kop pelelement, which couples the second partial energy network via the first partial energy network with the supply potential.
  • the coupling element has a reversible separating function. The coupling element is thus designed to reversibly decouple the first partial energy network from the second partial energy network as a function of a physical value of the first partial energy network.
  • the described energy network of the motor vehicle is designed in such a way that the first partial energy network and the second partial energy network represent, so to speak, physically separate sections of the energy network.
  • the physical and thus electrically conductive connection of the two partial energy networks is only made via the coupling element.
  • the coupling element has the reversible separating function mentioned.
  • the separation or connection i.e. the coupling or decoupling of the first and second partial energy networks, which can also be referred to as consumer units, is preferably carried out as a function of the physical value.
  • the disconnection or connection can preferably also take place as a function of more than just one physical value, that is to say of several physical values.
  • the two partial energy networks are only decoupled if the physical value or values represent a functional disruption of the first partial energy network.
  • a malfunction can be, for example, an overload, for example due to a short circuit and / or increased total currents in the first partial energy network.
  • the coupling element is thus designed, so to speak, to detect and evaluate the physical value (s) and, depending on the result of the evaluation, to electrically separate or connect the first partial energy network from the second partial energy network.
  • the invention is based on the knowledge that consumer repercussions, i.e. errors in a partial energy network, in particular a component of a partial energy network, negatively affect not only the partial energy network concerned, but the entire energy network and, in the worst case, even lead to the failure of the entire energy network.
  • the partial energy networks can now be decoupled in the event of a fault.
  • these consumer repercussions can now be eliminated.
  • the coupling element separates the partial energy networks from one another in the event of consumer feedback, which can be determined with the aid of the at least one physical value.
  • the consumer feedback cannot affect the entire energy network, that is to say in particular the second partial energy network.
  • the reversible separating function of the coupling element enables a connection between the first and second partial energy networks to be restored after the malfunction in the first partial energy network has been resolved, although the partial energy networks were previously physically separated from each other.
  • the malfunction is a fault in software for controlling the first partial energy network, this can often be remedied during a Fährbe operation of the motor vehicle by restarting the partial energy network or a component of the partial energy network.
  • the coupling element could determine by detecting the physical value, and the first partial energy network could be coupled again with the second partial energy network. If, on the other hand, the two partial energy networks had been irreversibly separated or decoupled in this case, a workshop would have had to be visited to exchange a connection line between the partial energy networks or the coupling element.
  • the reversible disconnection function enables, so to speak, a component-individual hardware reset (component reset) if the component, and thus, if applicable, the entire partial energy network, for example due to a software "hung up" error. Overall, this can increase the availability of the motor vehicle.
  • the coupling element with a reversible separating function, instead of, for example, fuses with an irreversible separating function, the costs and weight of the physical energy network can be reduced.
  • Said motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorbike.
  • the motor vehicle can in particular be designed as an electrical motor vehicle, hybrid vehicle or motor vehicle with an internal combustion engine.
  • the first and second partial energy networks can in particular each be designed as individual electrical components or consumers of the motor vehicle. Alternatively, both the first and the second partial energy network can also comprise a large number of individual components or consumers.
  • the first partial power network can be designed, for example, as an infotainment system and / or radio or sound system control and / or navigation system and / or interior light control and / or trunk light control.
  • the second partial energy network can be designed, for example, as a brake control system and / or steering system and / or a light control and / or a wiper control.
  • the components of the partial energy networks can also be control devices for various systems of the motor vehicle.
  • the two partial energy networks or partial energy networks can also include, for example, at least one energy source and / or an energy store or connections for coupling to an energy source or an energy store.
  • the two partial energy networks can also include cabling and / or connections to further partial energy networks or consumer units of the motor vehicle.
  • a 12-volt supply voltage for example, can be provided to the first or second partial energy network via the supply potential mentioned.
  • the coupling element can also be designed to reversibly decouple the first partial energy network from the second partial energy network as a function of a physical value of the energy network, in particular a supply path of the energy network.
  • the invention also includes embodiments which result in additional advantages.
  • One embodiment provides that the physical value of the first partial energy network represents an electrical value and / or a temperature value.
  • An electrical value can for example be designed as a current or voltage value.
  • the physical value can represent a short circuit as a malfunction of the first partial energy network, in particular a component of the first partial energy network.
  • the two partial energy networks can thus be reversibly decoupled from one another in particular when an increased current flow from the first partial energy network to the second partial energy network is detected by the coupling element.
  • the temperature value can be used to indicate, for example, overheating of the first partial energy network as a malfunction.
  • a malfunction can not only be a mechanical destruction of a component of the first partial energy network, but can also be caused, for example, by a hardware error and / or a software error in the control of the first partial energy network.
  • the first partial energy network can comprise, for example, at least one electrical consumer and at least one energy source as components.
  • the second partial energy network can only comprise electrical consumers as components, for example.
  • a physica- Cal value in the form of a current flow from the first partial energy network to the second partial energy network can be monitored by the coupling element. If a current value in the current flow would exceed or fall below a predetermined limit value, the coupling element could decouple the two sub-networks. This could prevent the energy source of the first sub-network from being discharged by the components of the second sub-network when the sub-networks are connected, so that in particular no longer sufficient energy is available to operate the other components of the first sub-network.
  • the first partial energy network could be designed as a multi-voltage network.
  • the first partial energy network thus itself have partial energy networks each with their own components, the partial energy networks in particular having different supply potentials.
  • the coupling element could also perform the reversible decoupling of the first and second sub-networks as a function of a physical value of one of the sub-networks of the first partial energy network.
  • the first partial energy network comprises at least one non-safety-relevant component for providing a function of a motor vehicle.
  • the second partial energy network comprises at least one safety-relevant component for providing a function of a motor vehicle.
  • the second partial energy network can thus represent a partial energy network that is required for safe operation of the motor vehicle in road traffic.
  • the safety-relevant function of the second partial energy network can be, for example, a driving function, a steering function, in particular a steering support function and / or a braking function, in particular a brake support function and / or a light function and / or a wiper function of the motor vehicle.
  • the first partial energy network can accordingly be irrelevant for the safe operation of the motor vehicle and thus rather serves the comfort of an occupant of the motor vehicle.
  • the safety-relevant function of the first partial energy network can be, for example, a navigation function and / or function of a radio or sound system and / or an infotainment function and / or a lighting function in the interior of the motor vehicle or a trunk.
  • the first partial energy network comprises at least one safety-relevant component for providing a function of a motor vehicle and the second partial energy network comprises at least one non-safety-relevant component for providing a function of a motor vehicle.
  • the coupling element is designed as a DC / DC converter (direct voltage converter) or as a switchable potential distributor.
  • the DC / DC converter is in particular also designed as a switchable DC / DC converter.
  • switchable is understood to mean that the DC / DC converter or the potential distributor can be controlled in order to provide the reversible isolating function.
  • both the DC / DC converter and the potential distributor can include, for example, a switching element, such as a semiconductor switch or a relay, which, depending on the physical value, for example a current or a voltage, establishes the connection between the first partial power grid and the second partial power grid separates.
  • the switchable DC / DC converter or the switchable potential distributor can particularly preferably also be referred to as an intelligent DC / DC converter or intelligent potential distributor.
  • the coupling element for providing the isolating function comprises at least one controllable switching element, a detection device for detecting the physical value, and a control device for generating a control signal as a function of the physical value for controlling the switching element.
  • the coupling element can be used as an evaluation device, so to speak, in order to diagnose the energy network, that is to say the physical energy on-board network.
  • the current or the voltage can be determined, or the temperature can be measured, and thus also the energy or power consumption of a respective partial energy network of the energy network.
  • the named detection device can be designed, for example, as a current sensor, voltage sensor and / or temperature sensor.
  • the control device can in particular be designed as a controller, such as, for example, a microcontroller.
  • the switching element can preferably be designed as a semiconductor switch.
  • the semiconductor switch can be operated in a switching mode, that is, in an switched-on switching state, the semiconductor switch is electrically conductive and in a switched-off switching state, the semiconductor switch is not electrically conductive.
  • the semiconductor switch can be controlled with the help of the control device in particular with the control signal of the control device as a function of the physical value, and thus either switched to the switched-on or the switched-off switching state.
  • the semiconductor switch can, for example, be designed as a field effect transistor, bipolar transistor, thyristor or the like.
  • the coupling element is designed to decouple the first partial energy network from the second partial energy network only as a function of the physical value when the physical value either exceeds or falls below a predetermined limit value.
  • the coupling element can be designed to decouple the first partial energy network from the second partial energy network as a function of the physical values only if the physical values have an associated, predetermined limit value either exceed or fall below.
  • the coupling element detects a voltage drop due to a short circuit in the first partial energy network and a predetermined voltage limit value
  • the coupling element can separate the first and second partial energy networks from one another.
  • the limit value can thus in particular be a current limit value, a voltage limit value and / or a temperature limit value.
  • an average supply voltage that is to say a voltage of at least 9.8 volts. If the voltage of the second partial energy network falls below 9.8 volts for more than one second, for example, the functionality of the second partial energy network can be disrupted. In this case, the coupling element could thus separate the two partial energy networks from one another. If the voltage would drop further from 9.8 volts to less than 8.2 volts and this state would last for more than 200 milli Seconds are maintained, this could also result in a malfunction of the second partial energy network. This also applies analogously in the event that the supply voltage falls below 6 volts for more than 500 microseconds.
  • the coupling element can provide the reversible disconnection function not only as a function of the predefined limit value but in particular also as a function of a predefined time value. This can be done analogously, for example, for the current or the temperature of the energy network.
  • the first partial energy network can be separated from the second partial energy network when a current value of more than 300 amps or, for example, more than 1000 amps is determined.
  • the energy network comprises a low voltage network and a floch voltage network which are coupled to one another via a converter element.
  • the floch voltage network is designed to supply the low-voltage network with energy.
  • the low-voltage network also includes the coupling element.
  • the energy network is designed as a multi-voltage energy network, with the reversible separation function only being implemented for the low-voltage network.
  • the low-voltage network and the floch-voltage network therefore each represent an independent sub-network of the energy network.
  • This energy network architecture is used in particular for modern motor vehicles with electric drive or flybridge drive.
  • the term “floch voltage network” refers to both so-called high-voltage energy networks with a potential or a nominal voltage of about 60 volts to about 1000 volts, as well as so-called medium-voltage energy networks with a potential or a nominal voltage of about 20 volts to about 60 volts, usually around 48 volts.
  • the term “low-voltage network” refers to a so-called low-voltage energy network with a potential or a nominal voltage of approximately less than or equal to 30 volts, usually with a nominal voltage of about 12 volts.
  • a high-voltage battery and, for example, an electric motor for the electric drive are arranged in the high-voltage network.
  • the high-voltage battery of the high-voltage network supplies the first and second partial energy networks of the low-voltage network.
  • Another embodiment provides that the high-voltage network is connected to the supply potential via the converter element.
  • the converter element is preferably designed as a DC / DC converter which can convert a higher potential of the high-voltage network into a lower potential, that is to say the supply voltage for the partial energy networks of the low-voltage network.
  • Another embodiment provides that a battery is assigned to the second partial energy network for supplying energy.
  • the first partial energy network and the second partial energy network are then supplied with energy from the high-voltage network.
  • the second partial energy network is then supplied with energy from the battery.
  • the battery of the second partial energy network is charged, so to speak, from the high-voltage network, that is to say in particular from the high-voltage battery of the high-voltage network.
  • Normal operation is to be understood as the operation of the energy network in the event that there is no malfunction.
  • the function of the second partial energy network can now be ensured by the battery of the second partial energy network supplying the second partial energy network with energy.
  • the second partial energy network can thus at least temporarily supply itself with energy. This results in the advantage that, particularly if the second partial energy network is safety-relevant components of the energy network, the motor vehicle can continue to be safely steered to a suitable parking location without, for example, steering or braking assistance failing.
  • a separate battery can also be assigned to the first partial energy network so that the entire low-voltage network can still be operated even if the high-voltage network fails.
  • the coupling element can therefore also be used particularly preferably for battery diagnosis, that is to say for example diagnosis of the battery of the first partial energy network.
  • a current or a voltage provided by the battery can thus be recorded and evaluated via the coupling element. From the value of the current or the voltage, conclusions can then be drawn about the charging capacity of the battery and thus about the battery's age.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an energy network as described above.
  • the invention also relates to a method for operating an energy network for a motor vehicle.
  • the energy network comprises a first partial energy network which is connected to a supply potential, a second partial energy network and a coupling element which couples the second partial energy network to the supply potential via the first partial energy network.
  • a physical value of the first partial energy network is initially recorded.
  • a control signal is generated for the coupling element.
  • a reversible decoupling of the first partial energy network from the second partial energy network takes place as a function of the control signal.
  • the acquisition of the physical value can take place in particular by means of a acquisition device.
  • the energy network can also include a control device which generates the control signal as a function of the physical value, with a switching element of the coupling element in particular being able to be controlled by the control signal. By activating this switching element, the two partial energy networks can then be reversibly decoupled.
  • the physical value itself can also represent the control signal.
  • the coupling element can be controlled directly with the physical value for connecting or disconnecting the partial energy networks.
  • the invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the energy network according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
  • the invention also includes the combinations of the features of the described embodiments enclosed.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an energy network for a
  • FIG. 2 shows the schematic block diagram of an energy network for the motor vehicle with manual driving function, as shown in FIG. 1, with a second preferred embodiment of a coupling element with a reversible separating function;
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of an energy network for a
  • Fig. 4 is a schematic flowchart with individual method steps for operating an energy network which has a coupling element with a reversible isolating function.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a preferred Ausrete approximately example of the energy network according to the invention.
  • the energy network E also known as the on-board energy network, is designed in particular as an energy network E of a motor vehicle with a manual driving function.
  • the energy network E is divided into two voltage networks, namely a floch voltage network FIV and a low-voltage network NV, the two voltage networks being coupled to one another via a converter element W, namely a DC / DC converter (direct voltage converter).
  • the converter element can thus convert a higher potential of the floch voltage network FIV of about 48 volts into a lower potential of the low voltage network NV of about 12 volts, or vice versa.
  • the term “floch volt” in the registration refers to both a floch volt nominal voltage of around 60 volts to 1000 Volts, usually from about 400 volts to 900 volts, as well as a medium-voltage nominal voltage of about 20 volts to about 60 volts, usually about 48 volts.
  • the term “low voltage” in the present application relates to a low-voltage nominal voltage of approximately less than or equal to 30 volts, usually a nominal voltage of approximately 12 volts.
  • the high-voltage network HV is described in particular as a medium-voltage energy network with a potential of approximately 48 volts.
  • the high-voltage network HV includes as components in addition to a high-voltage battery BHV, a high-voltage consumer RHV and an electrical machine EM.
  • the components of the high-voltage network HV are connected with one connection to a positive potential HV + and with their respective second connection to a ground potential GND.
  • a voltage that is to say the aforementioned potential of approximately 48 volts, is then preferably applied between the ground potential GND and the positive potential HV + of the high-voltage network HV.
  • the high-voltage network HV could also have a potential of approximately 400 volts to 900 volts. In this case the potential would then be applied between the positive potential HV + and a negative potential HV-, not shown in the figures.
  • the components of the low-voltage network NV are subdivided into partial energy networks, namely a first partial energy network T1 and a second partial energy network T2.
  • the first partial energy network T1 comprises a large number of components, such as a cooling fan element KLE, an infotainment system INF, a navigation system NAV and a radio control RAD. Additionally or alternatively, the first partial energy network T1 could have a sound system control and / or an interior light control for the motor vehicle and / or a trunk.
  • the first partial energy network T1 in FIG. 1 can optionally also include a battery B1 as a component.
  • the components of the first partial energy network T1 are correspondingly non-safety-relevant components for providing a function of the motor vehicle trained.
  • the first partial energy network T1 could also comprise only a single component. The one component would then, so to speak, represent the first partial energy network T1.
  • the battery B1 of the first partial energy network T1 is connected to a supply potential KL30.B with a connection.
  • the battery B1 is also connected to the ground potential GND with a second connection.
  • the remaining components of the first partial energy network T1 are also connected to the supply potential KL30.B with a first connection in each case.
  • the individual first connections of the other components are interconnected in a node and thus form a common connection with which the other components are connected to the supply potential KL30.B.
  • the other components of the first partial power network T1 are also connected to the ground potential GND with their respective second connections.
  • the second partial energy network T2 also has a large number of electrical components, such as a brake control system BRS, a steering system EPS, a wiper control W1, a light control LI and a battery B2.
  • the components of the second partial energy network T2 are designed as safety-relevant components for providing a function of the motor vehicle.
  • Each of the components of the second partial energy network T2 is connected to a second supply potential KL30.A via a separate first connection.
  • the individual components of the second partial energy network T2 are connected to the ground potential GND with a second connection.
  • the supply potentials KL30.B and KL30.A preferably represent a supply of the partial energy networks with permanent plus, which is often referred to as “terminal thirty” in vehicle technology.
  • the low-voltage network NV also has a coupling element K.
  • the coupling element couples the first partial energy network T1 with the second partial energy network T2.
  • the coupling element K is connected to the supply potential KL30.B via a first connection and to the second supply potential KL30.A via a second connection.
  • the coupling element K has the function of decoupling the first partial energy network T1 from the second partial energy network T2 in the event of a malfunction of the first partial energy network T1, i.e. in particular one of the components of the first partial energy network T1.
  • the first partial energy network T1 and the second partial energy network T2 can thus be physically separated from one another in a reversible and non-destructive manner in the event of a malfunction.
  • the first partial energy network T1 could also include the converter element W and the components of the floch voltage network FIV.
  • the coupling element K could also decouple the second partial energy network V2 from the first partial energy network T2 as a function of at least one physical value of the converter element W and / or one of the components of the floch voltage network FIV.
  • the floch-voltage battery BHV of the floch-voltage network FIV can initially be designed to supply the components of the first partial energy network T1 and the second partial energy network T2 of the low-voltage network NV via the converter element W in addition to the floch-voltage consumers RHV and the electrical machine EM.
  • Battery B1 and the battery are particularly preferred Battery B2 of the first and second partial energy networks T1 and T2 are charged using the high-voltage battery BHV.
  • the supply potentials KL30.B and KL30.A of the first and second partial energy sets T1 and T2 are initially connected to one another via the coupling element K in an electrically conductive manner.
  • the infotainment system INF of the first partial energy network T1 could have a malfunction, for example in the form of a short circuit.
  • the short circuit could cause the voltage in the low-voltage network NV to collapse.
  • the short circuit in the INF infotainment system could thus cause what is known as consumer feedback for all other components of the low-voltage network.
  • this consumer reaction namely the voltage dip, or also voltage drop
  • Both the components of the first partial energy network T1 and the components of the second partial energy network T2 would therefore no longer be functional.
  • the entire low-voltage network NV of the energy network E would therefore fail.
  • the motor vehicle to which the energy network E is assigned were, for example, in a ferry operation, the motor vehicle could no longer be controlled due to failure of the safety-relevant components of the second partial energy network T2.
  • the safety-relevant components of the second partial energy network T2 could be controlled due to failure of the safety-relevant components of the second partial energy network T2.
  • steering assistance and / or braking assistance would suddenly fail so that the motor vehicle could only be braked or steered with considerable effort.
  • the motor vehicle could also be automatically stopped immediately. The motor vehicle would stop. This would increase the risk of accidents, particularly in road traffic.
  • the coupling element K of the energy network E is designed to decouple the non-safety-relevant components of the first partial energy network T1 and the safety-relevant components of the second partial energy network T2.
  • the coupling element has the reversible separation function for the reversible and non-destructive separation of the partial energy networks T1 and T2.
  • the coupling element K can include, for example, a semiconductor switch which, depending on a physical value of the first partial energy network T1, is electrically conductive in a switched-on switching state or is electrically non-conductive in a switched-off switching state, or vice versa.
  • the physical value represents a current and / or a voltage and / or a temperature of the first partial energy network T1.
  • the semiconductor switch is switched to the non-conductive switching state when the physical value is outside a predetermined value range.
  • the first partial energy network T1 is, so to speak, electrically separated from the second partial energy network T2 when the physical value either exceeds or falls below a predetermined limit value.
  • the previously described voltage drop in the first partial energy network T1 would result.
  • This voltage drop could, for example, be detected by the coupling element K and the semiconductor switch of the coupling element K could change its switching state so that the first partial energy network is electrically separated from the second partial energy network.
  • an increased current flow from the second partial energy network T2 to the first partial energy network T1 could also be detected.
  • the semiconductor switch could disconnect the connection between the first power grid T1 and the second power grid T2.
  • the infotainment system INF could for example overheat.
  • the overheating of the infotainment system INF could also be detected by the coupling element K.
  • the coupling element K, the first partial energy network T1 and the second partial energy network T2 could also be electrically electrical at an early stage in this case separate from each other.
  • the infotainment system control could then be restarted, for example, to rectify the malfunction of the infotainment system INF. This could eliminate the software error in the control of the INF infotainment system and the INF infotainment system would be functional again after the restart.
  • the temperature of the infotainment system INF would drop and the physical value of the first partial energy network would again be in the specified value range. Accordingly, the first partial energy network could be coupled again to the second partial energy network T2 through the coupling element K. The availability of the motor vehicle could thus be improved with the energy network described in FIG. 1.
  • the components of the second partial energy network T2 can be supplied with energy at least temporarily with the help of the battery B2. This also applies analogously to the battery B1 of the first power supply network in the event that, for example, the floch voltage network FIV fails.
  • FIG. 2 also shows the schematic block diagram of the energy network E as shown in FIG. In Fig. 2, however, an alternative design of the coupling element K is shown.
  • the coupling element K has a large number of switching elements S1 to S5.
  • the switching element S1 is connected between the supply potential KL30.A and the supply potential KL30.B, the common connection of the non-safety-relevant components of the first partial power network T1 being connected to the supply potential KL30.B.
  • the optional battery B2 is also connected to the common connection of the non-safety-relevant components of the first partial energy network T1.
  • the switching elements S2, S3, S4 and S5 are arranged analogously between the respective first connection of the brake control system BRS, the steering system EPS, the wiper control Wl and the light control LI and the supply potential KL30.A. By activating the switching elements S1 to S5, each of the components mentioned can thus be separately connected to or separated from the supply potential KL30.A.
  • the coupling element also includes a detection device D by means of which, in particular, the physical value or individual physical values of each of the components of the first and second partial energy networks T1, T2 can be detected.
  • the acquired physical value can then be transmitted from the acquisition device D to a control device C.
  • the control device C is particularly preferably designed to evaluate the physical value and, so to speak, to check whether the physical value is in the predetermined value range. If the physical value of one of the components, for example the non-safety-relevant components of the first partial energy network T1, is outside the specified value range, the control device C can generate a respective control signal S to control the switching element S1 to S5 belonging to the component.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an energy network E for a motor vehicle with a highly automated driving function.
  • the high-voltage network HV, the first partial energy network T1 and the second partial energy network T2 are constructed analogously to the exemplary embodiment of the energy network E shown in FIGS. 1 and 2.
  • the second partial energy network T2 has a radar system RA as a component.
  • the energy network E in the exemplary embodiment shown in FIG. 3 also has a third partial energy network T3 to enable the highly automated driving function of the motor vehicle.
  • the third partial energy network T3 comprises electrical components that perform the same function as the electrical components of the second partial energy network T2.
  • the third partial power network T3 is thus redundant to the second partial power network T2.
  • the third partial energy network T3 comprises a second radar system RA2, a second brake control system BRS2, a second steering system EPS2 and a second light control LI2.
  • the third partial energy network T3 also includes a battery B3.
  • the battery B3, analogous to the battery B2, enables at least a temporary supply of the remaining components of the third partial energy network T3, in the event that the third partial energy network T3 is decoupled from the first partial energy network T1.
  • All components of the third partial energy network T3 are connected to the components of the second partial energy network T2, each with a first connection to a third supply potential KL30.C and with a respective second connection to the ground potential GND.
  • the third partial energy network T3 is also connected to the supply potential KL30.B via a second coupling element Kx.
  • the coupling elements K and KX differ in their design.
  • the coupling element K between the first partial energy network T1 and the second partial energy network T2 is designed, analogously to the coupling element in FIGS. 1 and 2, for example as an intelligent potential distributor.
  • the coupling element KX between the first partial energy network T1 and the third partial energy network T3 is designed as a controllable DC / DC converter.
  • the coupling elements are thus also designed redundantly to one another.
  • the Kop peletti K and KX could also be designed the same.
  • different battery technologies are used for the batteries B2 and B3 of the second partial energy network T2 and the third partial energy network T3 in order to enable a highly automated driving function.
  • the second and third partial energy networks T2 and T3 can now also be used separately from the first partial energy network to avoid consumer feedback T 1 are decoupled.
  • FIG. 4 now shows a schematic flow diagram of individual procedural steps for operating an exemplary embodiment of an energy network, as is shown, for example, in one of FIGS. 1 to 3.
  • the method is started with a start step ST. Subsequently, in a first step 1, the physical value of the first partial energy network T1 is recorded. In a next step 2, the recorded physical value can then be evaluated. It then takes place in a Step 3, checking whether the physical value lies within or outside a predetermined value range. If the physical value is within the predefined value range, step 1 of acquiring a new physical value of the first partial energy network T1 can be carried out again next. If, on the other hand, the physical value is outside the specified value range, a control signal for the coupling element K, in particular for a switching element S1 to S5 of the coupling element K, is generated in a step 4.
  • the coupling element K or the respective associated switching element S1 to S5 can be controlled with the control signal S to enable reversible decoupling of the first partial energy network T1 from the second partial energy network T2 or from the third partial energy network T3.
  • the method is then ended in a step T.
  • the examples show how the invention can provide a highly available energy network, in particular an energy network architecture, both for manual driving and also for highly automated driving.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hochverfügbares Energienetz (E) für ein Kraftfahrzeug mit manueller oder hochautomatisierter Fahrfunktion. Dazu umfasst das Energienetz (E) ein erstes Teilenergienetz (T1), die an ein Versorgungspotential (KL30.B) angeschlossen ist, ein zweites Teilenergienetz (T2), und ein Koppelelement (K, Kx), welches das zweite Teilenergienetz (T2) über das erste Teilenergienetz (T1) mit dem Versorgungspotential (KL30.B) koppelt. Das Koppelelement (K, Kx) weist dabei eine reversible Trennfunktion auf, sodass das Koppelelement (K, Kx) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem physikalischen Wert des ersten Teilenergienetzes (T1) das erste Teilenergienetz (T1) von dem zweiten Teilenergienetz (T2) reversibel zu entkoppeln.

Description

Energienetz für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Ener gienetzes für ein Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Energienetz für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Teilenergienetz, das an ein Versorgungspotential angeschlossen ist, ein zweites Teilenergienetz, und ein Koppelelement, welches das zweite Teilenergienetz über das erste Teilenergienetz mit dem Versorgungspotential koppelt. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Energienetzes.
Als Energienetz oder auch Energie-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs wird in der Fahrzeugtechnik eine Energieversorgung und eine Verschaltung einzelner Teilenergienetze, also beispielsweise einzelner Komponenten, genannt. Allgemein kann das Energienetz in ein abstraktes Energienetz, auch Ener gieverteilungsnetz genannt, und ein physikalisches Bordnetz eingeteilt wer den. Das abstrakte Energienetz beschreibt dabei eine Energieverteilung, Energieversorgung und Energiewandlung für oder durch die Komponenten des Energienetzes. Hingegen sind durch das physikalische Bordnetz die realen Komponenten, wie beispielsweise ein Leitungsstrang, Stecker, Kabel und die einzelnen Bauteile, beschreiben.
Um Auswirkungen eines Kurzschlusses auf ein Energieverteilungsnetz zu vermeiden, ist aus der DE 10 2017 201 488 A1 ein Verfahren zum Detektie- ren eines Kurzschlusses in dem elektrischen Energieverteilungsnetz, bei dem elektrische Energie von wenigstens einer elektrischen Energiequelle an wenigstens einen Verbraucher bereitgestellt wird, bekannt. Dabei wird in dieser Druckschrift hauptsächlich ein mathematisches Verfahren zum Detek- tieren des Kurzschlusses beschrieben. Weiterhin ist aus der DE 10 2012 022 083 A1 eine Schutzschaltung für ein elektrisches Versorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei wird auf ein Auslösesignal eines Steuergeräts hin ein auslösbares Abschaltelement angesteuert, um eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten An schluss und einem zweiten Anschluss der Schutzschaltung zu unterbrechen. Dabei kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zwei ten Anschluss durch das Abschaltelement nicht wieder durch ein Steuersig nal des Steuergeräts bereitgestellt werden. Insbesondere im Falle eines Unfalls, der beispielsweise mittels eines Airbag-Steuergeräts festgestellt werden kann, kann so beispielweise eine Starterbatterie des Kraftfahrzeugs von dem elektrischen Versorgungsnetz getrennt werden. Dadurch kann eine Gefährdung von Passagieren und Ladung des Kraftfahrzeugs unterbunden werden.
Schließlich ist aus der DE 10 2014 214 501 A1 noch ein Verfahren zur Steu erung eines Mehrspannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs bekannt. Ein Mehrspannungsbordnetz ist dabei ein Bordnetz, welches mehrere Teilnetze mit unterschiedlichen Netzspannungen umfasst. Um nun Auswirkungen eines Kurzschlusses in einem der Teilnetze auf ein anderes der Teilnetze zu reduzieren, ist in dieser Druckschrift eine Steuereinheit vorgesehen, die einen Kurzschluss zwischen diesen Teilnetzen detektieren und daraufhin eine betroffene Komponente des jeweiligen Teilnetzes zu deaktivieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, eine Verfügbarkeit eines Energienetzes zu erhöhen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprü che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhän gigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offen bart.
Durch die Erfindung ist ein Energienetz für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Energienetz umfasst ein erstes Teilenergienetz, das an ein Versor- gungspotential angeschlossen ist, ein zweites Teilenergienetz und ein Kop pelelement, welches das zweite Teilenergienetz über das erste Teilenergie netz mit dem Versorgungspotential koppelt. Dabei weist das Koppelelement eine reversible Trennfunktion auf. Somit ist das Koppelelement ausgebildet, in Abhängigkeit von einem physikalischen Wert des ersten Teilenergienet zes, das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz reversibel zu entkoppeln.
Anders ausgedrückt, ist das beschriebene Energienetz des Kraftfahrzeugs derart ausgebildet, dass das erste Teilenergienetz und das zweite Teilener gienetz sozusagen physikalisch voneinander getrennte Abschnitte des Ener gienetzes darstellen. Die physikalische und somit elektrisch leitfähige Ver bindung der beiden Teilenergienetze erfolgt nur über das Koppelelement. Das Koppelelement weist dabei die genannte reversible Trennfunktion auf. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Teilenergienetz und dem zweiten Teilenergienetz reversibel und insbesondere auch zerstö rungsfrei getrennt, jedoch bei Bedarf auch wieder hergestellt werden.
Das Trennen oder Verbinden, also das Koppeln oder Entkoppeln des ersten und zweiten Teilenergienetzes, die auch als Verbrauchereinheiten bezeich net werden können, erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von dem physikali schen Wert. Bevorzugt kann das Trennen oder Verbinden auch in Abhängig keit von mehr als nur einem physikalischen Wert, also von mehreren physi kalischen Werten erfolgen. Insbesondere werden die beiden Teilenergienet- ze nur dann entkoppelt, wenn der oder die physikalischen Werte eine Funkti onsstörung des ersten Teilenergienetzes darstellen. Eine Funktionsstörung kann beispielsweise eine Überlastung zum Beispiel durch einen Kurzschluss und/oder erhöhte Summenströme des ersten Teilenergienetzes sein. Somit ist das Koppelelement sozusagen dazu ausgebildet, den oder die physikali- sehen Werte zu erfassen und auszuwerten und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Auswertens das erste Teilenergienetz von dem zweiten Tei lenergienetz elektrisch zu trennen oder zu verbinden. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Verbraucherrückwirkungen, also Fehler in einem Teilenergienetz, insbesondere einer Komponente eines Teilenergienetzes, nicht nur das betroffene Teilenergienetz, sondern das gesamte Energienetz negativ beeinflussen und im schlimmsten Fall sogar zum Ausfall des gesamten Energienetzes führen können. Durch das rever sible Koppelelement können nun die Teilenergienetze im Fehlerfall entkop pelt werden. Anders ausgedrückt, können durch den Einsatz des Koppelele ments mit reversibler Trennfunktion im Flauptversorgungspfad diese Ver braucherrückwirkungen nun eliminiert werden. Das Koppelelement trennt im Fall einer Verbraucherrückwirkung, die mit Hilfe des wenigstens einen physi kalischen Werts festgestellt werden kann, die Teilenergienetze voneinander. Somit kann sich die Verbraucherrückwirkung also nicht auf das gesamte Energienetz, also insbesondere auf das zweite Teilenergienetz auswirken. Flierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die reversible Trennfunktion des Koppelelements eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Tei lenergienetz nach Beheben der Funktionsstörung in dem ersten Teilenergie netz, obwohl die Teilenergienetze zuvor physikalisch voneinander getrennt waren, wieder hergestellt werden kann. Insbesondere wenn es sich bei der Funktionsstörung um einen Fehler in einer Software zur Ansteuerung des ersten Teilenergienetzes handelt, kann dieser häufig während eines Fährbe triebs des Kraftfahrzeugs durch Neustart des Teilenergienetzes beziehungs weise einer Komponente des Teilenergienetzes behoben werden. Die Funk tionsstörung wäre somit behoben, was das Koppelelement durch Erfassen des physikalischen Werts feststellen könnte, und das erste Teilenergienetz könnte mit dem zweiten Teilenergienetz wieder gekoppelt werden. Wären die beiden Teilenergienetze in diesem Fall hingegen irreversibel getrennt bezie hungsweise entkoppelt worden, hätte zum Austausch einer Verbindungslei tung zwischen den Teilenergienetzen beziehungsweise des Koppelelements eine Werkstatt aufgesucht werden müssen. Bevorzugt kann in einer Ausge staltung des Energienetzes durch die reversible Trennfunktion somit sozusa gen ein komponenten-individueller Hardwarereset (Komponenten- Rücksetzung) möglich, wenn sich die Komponente, und somit gegebenen falls das gesamte Teilenergienetz, beispielsweise aufgrund eines Software- fehlers„aufgehängt“ hat. Insgesamt kann dadurch die Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs erhöht werden.
Weiterhin können durch den Einsatz des Koppelelements mit reversibler Trennfunktion, anstelle von beispielsweise Schmelzsicherungen mit irrever sibler Trennfunktion, Kosten und Gewicht des physikalischen Energienetzes reduziert werden.
Das genannte Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Mo torrad ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug kann dabei insbesondere als elektri sches Kraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Kraftfahrzeug mit Verbrennungs motor ausgebildet sein. Das erste und zweite Teilenergienetz können insbesondere jeweils als ein zelne elektrische Komponenten beziehungsweise Verbraucher des Kraftfahr zeugs ausgebildet sein. Alternativ können sowohl das erste als auch das zweite Teilenergienetz auch eine Vielzahl von einzelnen Komponenten be ziehungsweise Verbrauchern umfassen. Das erste Teilenergienetz kann beispielsweise als Infotainmentsystem und/oder Radio- beziehungsweise Soundanlagenansteuerung und/oder Navigationssystem und/oder Innen- lichtansteuerung und/oder Kofferraumlichtansteuerung ausgebildet sein. Hingegen kann das zweite Teilenergienetz beispielsweise als Bremsrege lungssystem und/oder Lenksystem und/oder eine Lichtansteuerung und/oder eine Wischeransteuerung ausgebildet sein. Im Allgemeinen kann es sich bei den Komponenten der Teilenergienetze auch um Steuergeräte für verschie dene Systeme des Kraftfahrzeugs handeln. Neben den Komponenten kön nen die beiden Teilenergienetze oder Teilenergienetze beispielweise auch wenigstens eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher beziehungs- weise Anschlüsse zum Koppel mit einer Energiequelle oder einem Energie speicher umfassen. Weiterhin können die beiden Teilenergienetze noch eine Verkabelung und/oder Anschlüsse zu weiteren Teilenergienetzen bezie hungsweise Verbrauchereinheiten des Kraftfahrzeugs umfassen. Über das genannte Versorgungspotential kann beispielsweise eine 12-Volt Versorgungsspannung an das erste beziehungsweise zweite Teilenergienetz bereitgestellt werden.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Koppelelement auch ausgebildet sein, in Abhängigkeit von einem physikalischen Wert des Energienetzes, insbesondere eines Versorgungspfades des Energienetzes, das erste Tei lenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz reversibel zu entkoppeln.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzli che Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der physikalische Wert des ersten Teilenergienetzes einen elektrischen Wert und/oder einen Temperaturwert darstellt.
Ein elektrischer Wert kann dabei beispielsweise als Strom- beziehungsweise Spannungswert ausgebildet sein. Beispielsweise kann der physikalische Wert einen Kurzschluss als Funktionsstörung des ersten Teilenergienetzes, insbesondere einer Komponente des ersten Teilenergienetzes darstellen. Somit können die beiden Teilenergienetze insbesondere dann voneinander reversibel entkoppelt werden, wenn durch das Koppelelement ein erhöhter Stromfluss von dem ersten Teilenergienetz zu dem zweiten Teilenergienetz erfasst wird. Hingegen kann durch den Temperaturwert beispielsweise ein Überhitzen des ersten Teilenergienetzes als Funktionsstörung angezeigt werden. Eine Funktionsstörung kann dabei nicht nur eine mechanische Zer störung eines Bauteils des ersten Teilenergienetzes sein, sondern auch beispielsweise durch einen Hardwarefehler und/oder einen Softwarefehler in der Steuerung des ersten Teilenergienetzes hervorgerufen werden.
Somit kann das erste Teilenergienetz als Komponenten beispielsweise we nigstens einen elektrischen Verbraucher und wenigstens eine Energiequelle umfassen. Hingegen kann das zweite Teilenergienetz als Komponenten zum Beispiel lediglich elektrische Verbraucher umfassen. Nun könnte ein physika- lischer Wert in Form eines Stromflusses von dem ersten Teilenergienetz zu dem zweiten Teilenergienetz von dem Koppelelement überwacht werden. Würde ein Stromwert in dem Stromfluss einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreiten, könnte das Koppelelement die beiden Teilnetze entkoppeln. So könnte verhindert werden, dass die Energiequelle des ersten Teilnetzes im Verbundenen Zustand der Teilnetze von den Komponenten des zweiten Teilnetzes entladen wird, sodass insbesondere nicht mehr aus reichend Energie zum Betrieben der übrigen Komponenten des ersten Teil netzes zur Verfügung steht.
Alternativ könnte das erste Teilenergienetz als Mehrspannungsnetz ausge bildet sein. Das erste Teilenergienetz somit selbst Teilenergienetze jeweils mit eigenen Komponenten aufweisen, wobei die Teilenergienetze insbeson dere unterschiedliche Versorgungspotentiale aufweisen. Dadurch könnte das Koppelelement auch in Abhängigkeit von einem physikalischen Wert eines der Teilnetze des ersten Teilenergienetzes das reversible Entkoppeln des erste und zweiten Teilnetzes ausführen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das erste Teilenergienetz wenigstens eine nicht-sicherheitsrelevante Komponente zum Bereitstellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs umfasst. Flingegen umfasst das zweite Teilenergienetz wenigstens eine sicherheitsrelevante Komponente zum Be reitstellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs. Anders ausgedrückt, kann das zweite Teilenergienetz also ein Teilenergie netz, das für ein sicheres Betreiben des Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr erforderlich ist, darstellen. Bei der sicherheitsrelevanten Funktion des zwei ten Teilenergienetzes kann es sich beispielsweise um eine Fahrfunktion, eine Lenkfunktion, insbesondere eine Lenkunterstützungsfunktion und/oder eine Bremsfunktion, insbesondere eine Bremsunterstützungsfunktion und/oder eine Lichtfunktion und/oder eine Wischerfunktion des Kraftfahr zeugs handeln. Hingegen kann das erste Teilenergienetz dementsprechend irrelevant für das sichere Betreiben des Kraftfahrzeugs sein und dient somit vielmehr einem Komfort eines Insassen des Kraftfahrzeugs. Bei der nicht- sicherheitsrelevanten Funktion des ersten Teilenergienetzes kann es sich beispielsweise um eine Navigationsfunktion und/oder Funktion einer Radio beziehungsweise Soundanlage und/oder eine Infotainmentfunktion und/oder eine Beleuchtungsfunktion im Innenraum des Kraftfahrzeugs oder eines Kofferraums handeln.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass vermieden wird, dass eine Funktions störung einer nicht-sicherheitsrelevanten Komponente sich durch die zuvor beschriebene Verbraucherrückwirkung auf die Funktion einer sicherheitsre- levanten Komponente auswirkt. Besonders bevorzugt kann also die Energie versorgung von sicherheitsrelevanten Komponente, insbesondere nach der IS026262 gewährleistet werden, wobei gleichzeitig die Fahrzeugverfügbar keit erhalten werden kann. Anders ausgedrückt, kann durch das Koppelelement mit reversibler Trenn funktion ein Schutz und eine Isolation der sicherheitsrelevanten Komponen ten von den nicht-sicherheitsrelevanten Komponenten realisiert werden. Insgesamt kann so ein schlagartiger, unangekündigter Ausfall sicherheitsre levanter elektrischer Systeme, wie zum Beispiel einer Lenkunterstützung und/oder einer Bremsunterstützung verhindert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das erste Tei lenergienetz wenigstens eine sicherheitsrelevante Komponente zum Bereit stellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs umfasst und das zweite Teilener gienetz wenigstens eine nicht-sicherheitsrelevante Komponente zum Bereit- stellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs umfasst.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Koppelelement als DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) oder als schaltbarer Potential verteiler ausgebildet ist.
Der DC/DC-Wandler ist dabei insbesondere ebenfalls als schaltbarer DC/DC-Wandler ausgebildet. Als schaltbar ist dabei zu verstehen, dass der DC/DC-Wandler beziehungs weise der Potentialverteiler angesteuert werden kann, um die reversible Trennfunktion bereitzustellen. Dazu kann sowohl der DC/DC-Wandler als auch der Potentialverteiler beispielsweise ein Schaltelement, wie etwa einen Halbleiterschalter oder ein Relais umfassen, welches in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert, also beispielsweise einem Strom oder einer Span nung die Verbindung zwischen dem ersten Teilenergienetz und dem zweiten Teilenergienetz trennt. Besonders bevorzugt können der schaltbare DC/DC- Wandler beziehungsweise der schaltbare Potentialverteiler auch als intelli- genter DC/DC-Wandler beziehungsweise intelligenter Potentialverteiler be zeichnet werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Koppelelement zum Be reitstellen der Trennfunktion wenigstens ein steuerbares Schaltelement, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des physikalischen Werts, und eine Steuereinrichtung zum Generieren eines Steuersignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert zum Steuern des Schaltelements umfasst.
Das heißt das Koppelelement kann sozusagen als Auswerteeinrichtung ge- nutzt werden, um eine Diagnose des Energienetzes, also des physikalischen Energie-Bordnetzes vorzunehmen. Es kann also beispielsweise der Strom beziehungsweise die Spannung ermittelt werden, beziehungsweise die Tem peratur gemessen werden, und somit auch der Energie- beziehungsweise Leistungsverbrauch eines jeweiligen Teilenergienetzes des Energienetzes.
Die genannte Erfassungseinrichtung kann dabei beispielsweise als Stromsensor, Spannungssensor und/oder Temperatursensor ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung kann insbesondere als Controller, wie beispiels weise ein Mikrocontroller ausgebildet sein. Das Schaltelement kann bevor- zugt als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der Halb leiterschalter dabei in einem Schaltbetrieb betrieben werden, das heißt in einem eingeschalteten Schaltzustand ist der Halbleiterschalter elektrisch leitfähig und in einem ausgeschalteten Schaltzustand ist der Halbleiterschal ter nicht elektrisch leitfähig. Zum Bereitstellen der reversiblen Trennfunktion kann der Halbleiterschalter dabei mit Hilfe der Steuereinrichtung insbesonde re mit dem Steuersignal der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert angesteuert werden, und damit entweder in den einge schalteten oder in den ausgeschalteten Schaltzustand versetzt werden. Der Halbleiterschalter kann dabei beispielsweise als Feldeffekttransistor, Bipolar transistor, Thyristor oder dergleichen ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Koppelelement ausgebil det ist, das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz nur dann in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert zu entkoppeln, wenn der phy sikalische Wert einen vorgegebenen Grenzwert entweder überschreitet oder unterschreitet. Analog kann vorgesehen sein, dass falls mehrere physikali sche Werte erfasst werden, das Koppelelement ausgebildet sein kann, das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz nur dann in Abhän gigkeit von den physikalischen Werten zu entkoppeln, wenn die physikali schen Werte einen jeweils zugehörigen, vorgegebenen Grenzwert entweder überschreiten oder unterschreiten.
Wird also von dem Koppelelement beispielsweise ein Spannungsabfall auf grund eines Kurzschlusses in dem ersten Teilenergienetz und einen vorge gebenen Spannungsgrenzwert festgestellt, kann das Koppelelement das erste und das zweite Teilenergienetz voneinander trennen. Analog gilt dies natürlich auch bei Feststellung einer Überspannung in dem Energienetz. Der Grenzwert kann dabei also insbesondere ein Stromgrenzwert, ein Span nungsgrenzwert und/oder ein Temperaturgrenzwert sein.
Beispielsweise ist für einen Normalbetrieb des zweiten Teilenergienetzes in der Regel im Durchschnitt eine Versorgungsspannung, also eine Spannung von mindestens 9,8 Volt bereitzustellen. Fällt die Spannung des zweiten Teilenergienetzes für beispielsweise mehr als eine Sekunde unter 9,8 Volt, kann die Funktionsfähigkeit des zweiten Teilenergienetzes gestört werden. Somit könnte das Koppelelement in diesem Fall die beiden Teilenergienetze voneinander trennen. Würde die Spannung von 9,8 Volt weiter auf weniger als 8,2 Volt fallen und dieser Zustand für beispielsweise mehr als 200 Milli- Sekunden beibehalten werden, könnte dies ebenfalls eine Funktionsstörung des zweiten Teilenergienetzes nach sich ziehen. Analog gilt dies auch für den Fall, dass die Versorgungsspannung für mehr als 500 Mikrosekunden auf unter 6 Volt fällt. Somit kann das Koppelelement beispielsweise nicht nur in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Grenzwert sondern insbesondere auch in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Zeitwert die reversible Trenn funktion bereitstellen. Analog kann dies beispielsweise auch für den Strom oder die Temperatur des Energienetzes erfolgen. Je nach Dimensionierung des Energienetzes kann bei Feststellen eines Stromwerts von mehr als 300 Ampere oder beispielsweise mehr als 1000 Ampere das erste Teilenergie netz von dem zweiten Teilenergienetz getrennt werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Energienetz ein Nieder voltnetz und ein Flochvoltnetz umfasst, welche über ein Wandlerelement miteinander gekoppelt sind. Dabei ist das Flochvoltnetz ausgebildet, das Niedervoltnetz mit Energie zu versorgen. Das Niedervoltnetz umfasst dabei neben dem ersten und dem zweiten Teilenergienetz auch das Koppelele ment.
Anders ausgedrückt ist das Energienetz quasi als Mehrspannungsenergie netz ausgebildet, wobei die reversible Trennfunktion nur für das Nieder voltnetz realisiert ist. Das Niedervoltnetz und das Flochvoltnetz stellen also je ein unabhängiges Teilnetz des Energienetzes dar.
Diese Energienetzarchitektur wird insbesondere für moderne Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb oder Flybridantrieb genutzt. In der Anmeldung bezieht sich die Bezeichnung „Flochvoltnetz“ sowohl auf sogenannte Hochvolt- Energienetze mit einem Potential beziehungsweise einer Nennspannung von etwa 60 Volt bis etwa 1000 Volt, als auch auf sogenannte Mittelvolt- Energienetze mit einem Potential beziehungsweise einer Nennspannung von etwa 20 Volt bis etwa 60 Volt, in der Regel von etwa 48 Volt. Im Gegensatz bezieht sich die Bezeichnung„Niedervoltnetz“ auf ein sogenanntes Nieder- volt-Energienetz mit einem Potential beziehungsweise einer Nennspannung von etwa kleiner gleich 30 Volt, in der Regel mit einer Nennspannung von etwa 12 Volt. In dem Hochvoltnetz ist dabei insbesondere eine Hochvoltbat terie und beispielsweise ein Elektromotor für den Elektroantrieb angeordnet. Somit versorgt sozusagen die Hochvoltbatterie des Hochvoltnetzes das erste und zweite Teilenergienetz des Niedervoltnetzes.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Hochvoltnetz über das Wandlerelement an das Versorgungspotential angeschlossen ist.
Bevorzugt ist das Wandlerelement als ein DC/DC-Wandler ausgebildet, der ein höheres Potential des Hochvoltnetzes in ein niedrigeres Potential, also die Versorgungsspannung für die Teilenergienetze des Niedervoltnetzes umwandeln kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass dem zweiten Teilenergienetz zur Energieversorgung eine Batterie zugeordnet ist. In einem Normalbetrieb des Energienetzes wird dann das erste Teilenergienetz und das zweite Tei lenergienetz von dem Hochvoltnetz mit Energie versorgt. Für den Fall, dass jedoch das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz reversibel entkoppelt ist, wird das zweite Teilenergienetz dann von der Batterie mit Energie versorgt.
Anders ausgedrückt, wird die Batterie des zweiten Teilenergienetzes im Normalbetrieb des Energienetzes sozusagen von dem Hochvoltnetz, also insbesondere der Hochvoltbatterie des Hochvoltnetzes geladen. Als Normal- betrieb ist dabei derjenige Betrieb des Energienetzes zu verstehen, für den Fall, dass keine Funktionsstörung vorliegt. Wird hingegen eine Funktionsstö rung des ersten Teilenergienetzes festgestellt und dementsprechend das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz getrennt, kann nun die Funktion des zweiten Teilenergienetzes gewährleistet werden, indem die Batterie des zweiten Teilenergienetzes das zweite Teilenergienetz mit Ener gie versorgt. Das zweite Teilenergienetz kann sich somit zumindest temporär selbst mit Energie versorgen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere wenn es sich bei dem zweiten Teilenergienetz um sicherheitsrelevanten Komponenten des Ener gienetzes handelt, das Kraftfahrzeug weiterhin sicher zu einem geeigneten Abstellort gelenkt werden kann, ohne dass beispielweise eine Lenk- oder Bremsunterstützung ausfällt.
Optional kann auch dem ersten Teilenergienetz eine eigene Batterie zuge ordnet sein, sodass selbst bei einem Ausfall des Hochvoltnetzes das gesam te Niedervoltnetz dennoch betrieben werden kann.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass somit das Koppelelement besonders bevorzugt auch für eine Batteriediagnose, also zum Beispiel einer Diagnose der Batterie des ersten Teilenergienetzes eingesetzt werden kann. Über das Koppelelement kann nämlich somit ein Strom beziehungsweise eine Span nung, die von der Batterie bereitgestellt wird, erfasst und ausgewertet wer den. Über den Wert des Stroms beziehungsweise der Spannung kann an schließend auf eine Ladekapazität der Batterie und dadurch auf einen Alte rungszustand der Batterie rückgeschlossen werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Ener gienetz, wie es zuvor beschrieben wurde.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zu Betreiben eines Energienetzes für ein Kraftfahrzeug. Das Energienetz umfasst dabei ein erstes Teilenergie netz, das an ein Versorgungspotential angeschlossen ist, ein zweites Tei lenergienetz und ein Koppelelement, welches das zweite Teilenergienetz über das erste Teilenergienetz mit dem Versorgungspotential koppelt. In einem Schritt a) erfolgt dabei zunächst ein Erfassen eines physikalischen Werts des ersten Teilenergienetzes. Anschließend erfolgt in einem Schritt b) in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert: ein Generieren eines Steuer signals für das Koppelelement. Schließlich erfolgt in einem Schritt c) in Ab hängigkeit von dem Steuersignal ein reversibles Entkoppeln des ersten Tei lenergienetzes von dem zweiten Teilenergienetz. Das Erfassen des physikalischen Werts kann dabei insbesondere mittels einer Erfassungseinrichtung erfolgen. Weiterhin kann das Energienetz, also insbesondere das Koppelelement auch eine Steuereinrichtung umfassen, die in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert das Steuersignal generiert, wobei durch das Steuersignal insbesondere ein Schaltelement des Kop pelelements angesteuert werden kann. Durch Ansteuern dieses Schaltele ments kann dann das reversible Entkoppeln der beiden Teilenergienetze erfolgen. Alternativ kann der physikalischen Wert selbst auch das Steuersig nal darstellen. Somit kann das Koppelement direkt mit dem physikalischen Wert zum Verbinden oder T rennen der T eilenergienetze angesteuert werden.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Energienetzes beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschrie benen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Prinzipschaltbild eines Energienetzes für ein
Kraftfahrzeug mit manueller Fahrfunktion, mit einer ersten vor zugsweisen Ausgestaltung eines Koppelelements mit reversib ler Trennfunktion;
Fig. 2 das schematisches Prinzipschaltbild eines Energienetzes für das Kraftfahrzeug mit manueller Fahrfunktion, wie in Fig. 1 dar gestellt, mit einer zweiten vorzugsweisen Ausgestaltung eines Koppelelements mit reversibler Trennfunktion; Fig. 3 ein schematisches Prinzipschaltbild eines Energienetzes für ein
Kraftfahrzeug mit hochautomatisierter Fahrfunktion und einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Koppelelements mit reversibler Trennfunktion; und
Fig. 4 ein schematisches Flussdiagramm mit einzelnen Verfahrens schritten zum Betreiben eines Energienetzes, welches ein Kop pelelement mit reversibler Trennfunktion aufweist.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispie len stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschrie benen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energienetzes. Das Energienetz E, auch Energie-Bordnetz genannt, ist insbesondere als Energienetz E eines Kraftfahrzeugs mit manueller Fahrfunktion ausgebildet. Das Energienetz E ist dabei in zwei Spannungsnetze, nämlich ein Flochvoltnetz FIV und ein Nieder voltnetz NV aufgeteilt, wobei die beiden Spannungsnetze über ein Wand lerelement W, nämlich einen DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) miteinander gekoppelt sind. Das Wandlerelement kann somit ein höheres Potential des Flochvoltnetzes FIV von etwa 48 Volt in ein niedrigeres Potenti al des Niedervoltnetz NV von etwa 12 Volt umwandeln, oder umgekehrt. Wie eingangs beschrieben, bezieht sich die Bezeichnung„Flochvolt“ in der An meldung sowohl auf eine Flochvolt-Nennspannung von etwa 60 Volt bis 1000 Volt, in der Regel von etwa 400 Volt bis 900 Volt, als auch auf eine Mittelvolt- Nennspannung von etwa 20 Volt bis etwa 60 Volt, in der Regel von etwa 48 Volt. Die Bezeichnung„Niedervolt“ bezieht sich in der vorliegenden An meldung hingegen eine Niedervolt-Nennspannung von etwa kleiner gleich 30 Volt, in der Regel auf eine Nennspannung von etwa 12 Volt. In den Figuren ist das Hochvoltnetz HV insbesondere als Mittelvolt-Energienetz mit einem Potential von etwa 48 Volt beschrieben.
Beide Spannungsnetze weisen dabei eine Vielzahl von einzelnen Kompo- nenten, im Folgenden auch Verbraucher genannt, auf. Das Hochvoltnetz HV umfasst als Komponenten neben einer Hochvoltbatterie BHV, einen Hochvolt verbraucher RHV und eine elektrische Maschine EM. Die Komponenten des Hochvoltnetzes HV sind dabei mit einem Anschluss an ein Pluspotential HV+ und mit ihrem jeweiligen zweiten Anschluss an ein Massepotential GND angeschlossen. Zwischen dem Massepotential GND und dem Pluspotential HV+ des Hochvoltnetzes HV liegt dann bevorzugt eine Spannung, also das zuvor genannte Potential von etwa 48 Volt an. In einem anderen als den gezeigten Ausführungsbeispielen könnte das Hochvoltnetz HV auch ein Potential von etwa 400 Volt bis 900 Volt aufweisen. In diesem Fall würde das Potential dann zwischen dem Pluspotential HV+ und einem in den Fig. nicht gezeigten Minuspotential HV- anliegen.
Im Gegensatz dazu sind die Komponenten des Niedervoltnetzes NV in Tei lenergienetze, nämlich ein erstes Teilenergienetz T1 und ein zweites Tei- lenergienetz T2 unterteilt. Das erste Teilenergienetz T1 umfasst in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dabei eine Vielzahl an Komponenten, wie beispielsweise ein Kühlerlüfterelement KLE, ein Infotainmentsystem INF, ein Navigationssystem NAV sowie eine Radioansteuerung RAD Zusätzlich oder alternativ könnte das erste Teilenergienetz T1 eine Soundanlagenan- Steuerung und/oder eine Innenlichtansteuerung für das Kraftfahrzeug und/oder einen Kofferraum umfassen. Weiterhin kann das erste Teilenergie netz T1 in der Fig.1 als Komponente optional auch eine Batterie B1 umfas sen. Entsprechend sind die Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 als nicht-sicherheitsrelevante Komponenten zum Bereitstellen einer Funktion des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungs beispiel könnte das erste Teilenergienetz T1 auch lediglich eine einzelne Komponente umfassen. Somit würde die eine Komponente dann sozusagen das erste Teilenergienetz T1 darstellen.
Um mit elektrischer Energie versorgt zu werden, ist die Batterie B1 des ers ten Teilenergienetzes T1 mit einem Anschluss an ein Versorgungspotential KL30.B angeschlossen. Mit einem zweiten Anschluss ist die Batterie B1 ebenfalls an das Massepotential GND angeschlossen. Die übrigen Kompo- nenten des ersten Teilenergienetzes T1 sind ebenfalls mit einem jeweils ersten Anschluss an das Versorgungspotential KL30.B angeschlossen. Dazu sind die einzelnen ersten Anschlüsse der übrigen Komponenten in einem Knoten zusammengeschaltet und bilden somit einen gemeinsamen An schluss, mit dem die übrigen Komponenten an das Versorgungspotential KL30.B angeschlossen sind. Mit ihren jeweiligen zweiten Anschlüssen sind die übrigen Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 ebenfalls an das Massepotential GND angeschlossen.
Analog zu dem ersten Teilenergienetz T1 weist auch das zweite Teilenergie- netz T2 eine Vielzahl von elektrischen Komponenten, wie beispielsweise ein Bremsregelungssystem BRS, ein Lenksystem EPS, eine Wischersteuerung Wl, eine Lichtsteuerung LI und eine Batterie B2 auf. Entsprechend sind die Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 als sicherheitsrelevante Komponenten zum Bereitstellen einer Funktion des Kraftfahrzeugs ausgebil- det. Jeder der Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 ist dabei über einen separaten ersten Anschluss an ein zweites Versorgungspotential KL30.A angeschlossen. Mit einem jeweils zweiten Anschluss sind die einzel nen Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 an das Massepotential GND angeschlossen.
Sowohl zwischen dem Versorgungspotential KL30.B und dem Massepotenti al GND, als auch zwischen dem Versorgungspotential KL30.A und dem Massepotential GND liegt dabei eine Versorgungsspannung für das erste und zweite Teilenergienetz T1 und T2, nämlich das zuvor genannte Nieder- voltpotential von etwa 12 Volt an. Die Versorgungspotentiale KL30.B und KL30.A stellt vorzugsweise eine Versorgung der Teilenergienetze mit Dauer plus dar, was in der Fahrzeugtechnik häufig als„Klemme dreißig“ bezeichnet wird.
Neben dem ersten und zweiten Teilenergienetz T1 und T2 weist das Nieder voltnetz NV auch ein Koppelelement K auf. Das Koppelelement koppelt da bei das erste Teilenergienetz T1 mit dem zweiten Teilenergienetz T2. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Koppelelement K dazu über einen ersten Anschluss mit dem Versorgungspotential KL30.B und über einen zweiten Anschluss mit dem zweiten Versorgungspotential KL30.A verbunden. Das Koppelelement K hat dabei die Funktion, beispielsweise im Fall einer Funktionsstörung des ersten Teilenergienetzes T1 , also insbeson dere einer der Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 , das erste Teilenergienetz T1 von dem zweiten Teilenergienetz T2 zu entkoppeln. So mit können das erste Teilenergienetz T1 und das zweite Teilenergienetz T2 im Fall einer Funktionsstörung reversibel und zerstörungsfrei physikalisch voneinander getrennt werden. Alternativ zu dem in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispiel könnte das erste Teilenergienetz T1 neben den zuvor beschriebenen Komponenten auch das Wandlerelement W und die Komponenten des Flochvoltnetzes FIV umfassen. Somit könnte das Koppelelement K auch in Abhängigkeit von wenigstens einem physikalischen Wert des Wandlerelements W und/oder einer der Komponenten der Flochvoltnetzes FIV das zweite Teilenergienetz V2 von dem ersten Teilenergienetz T2 entkoppeln.
Dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation bei spielhaft zugrunde liegen. In einem Normalbetrieb des Energienetzes E kann zunächst die Flochvoltbatterie BHV des Flochvoltnetzes FIV ausgebildet sein, neben den Flochvoltverbrauchern RHV und der elektrischen Maschine EM über das Wandlerelement W auch die Komponenten des ersten Teilenergie netzes T1 und des zweiten Teilenergienetzes T2 des Niedervoltnetzes NV zu versorgen. Dabei werden besonders bevorzugt auch die Batterie B1 und die Batterie B2 des ersten und zweiten Teilenergienetzes T1 und T2 mit Hilfe der Hochvoltbatterie BHV aufgeladen. Im Normalbetrieb sind dazu die Versor gungspotentiale KL30.B und KL30.A des ersten und zweiten Teilenergienet zes T1 und T2 zunächst über das Koppelelement K elektrisch leitend mitei- nander verbunden.
Nun könnte eine der Komponenten, wie beispielsweise das Infotainmentsys tem INF des ersten Teilenergienetzes T1 , eine Funktionsstörung zum Bei spiel in Form eines Kurzschlusses aufweisen. Durch den Kurzschluss könnte die Spannung des Niedervoltnetzes NV einbrechen. Der Kurzschluss in dem Infotainmentsystem INF könnte somit eine so genannte Verbraucherrückwir kung für alle anderen Komponenten des Niedervoltnetzes bewirken. Durch diese Verbraucherrückwirkung, nämlich den Spannungseinbruch, oder auch Spannungsabfall, würde somit nicht mehr ausreichend Spannung zum Be- treiben der übrigen Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 und der Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 bereitstehen. Somit wären sowohl die Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 als auch die Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 nicht mehr funktionsfähig. Insgesamt würde also das gesamte Niedervoltnetz NV des Energienetzes E ausfallen.
Würde sich das Kraftfahrzeug, dem das Energienetz E zugeordnet ist, dabei beispielsweise in einem Fährbetrieb befinden, könnte das Kraftfahrzeug durch Ausfall der sicherheitsrelevanten Komponenten des zweiten Teilener- gienetzes T2 nicht mehr gesteuert werden. Somit würde beispielsweise eine Lenkunterstützung und/oder eine Bremsunterstützung schlagartigen ausfal len, sodass das Kraftfahrzeug nur noch mit erheblichem Aufwand gebremst beziehungsweise gelenkt werden könnte. Weiterhin könnte bei einem derar tigen Ausfall der Funktion von sicherheitsrelevanten Komponenten, wie bei- spielsweise des Lenksystems EPS oder des Bremsregelungssystems BRS das Kraftfahrzeug auch sofort automatisch angehalten werden. Das Kraft fahrzeug würde liegenbleiben. Insbesondere im Straßenverkehr würde dadurch eine Unfallgefahr erhöht werden. Um nun einen derartigen Ausfall der der Brems- beziehungsweise Lenkun terstützung oder ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs zu verhindern, ist das Koppelelement K des Energienetzes E zum Entkoppeln der nicht sicherheits relevanten Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 und der sicher heitsrelevanten Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 ausgebildet. Dabei weist das Koppelelement die reversible Trennfunktion zum reversiblen und zerstörungsfreien Trennen der Teilenergienetze T1 und T2 auf. Um die reversible Trennfunktion zu realisieren, kann das Koppelelement K bei spielsweise einen Halbleiterschalter umfassen, der in Abhängigkeit von ei nem physikalischen Wert des ersten Teilenergienetzes T1 in einem einge schalten Schaltzustand elektrisch leitfähig ist oder in einem ausgeschalteten Schaltzustand elektrisch nicht leitfähig ist, oder umgekehrt. Der physikalische Wert stellt dabei einen Strom, und/oder eine Spannung und/oder eine Tem peratur des ersten Teilenergienetzes T1 dar. Dabei wird der Halbleiterschal ter insbesondere dann in den nicht leitfähigen Schaltzustand versetzt, wenn der physikalische Wert außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Anders ausgedrückt, wird sozusagen das erste Teilenergienetz T1 von dem zweiten Teilenergienetz T2 elektrisch getrennt, wenn der physikalische Wert einen vorgegebenen Grenzwert entweder überschreitet oder unterschreitet.
Im Fall des zuvor genannten Kurzschlusses im Infotainmentsystem INF wür de sich also der zuvor beschriebene Spannungseinbruch in dem ersten Tei lenergienetz T1 ergeben. Dieser Spannungseinbruch könnte beispielsweise von dem Koppelelement K erfasst werden und der Halbleiterschalter des Koppelelements K könnte seinen Schaltzustand dahingehend ändern, dass das erste Teilenergienetz von dem zweiten Teilenergienetz elektrisch ge trennt wird. Alternativ könnte im Fall des Kurzschlusses durch das Kop pelelement K auch ein erhöhter Stromfluss von dem zweiten Teilenergienetz T2 zu dem ersten Teilenergienetz T1 erfasst werden. Auch in diesem Fall könnte der Halbleiterschalter die Verbindung zwischen dem ersten Teilener gienetz T1 und dem zweiten Teilenergienetz T2 trennen.
Würde hingegen beispielsweise eine Funktionsstörung im Infotainmentsys tem INF aufgrund eines Softwarefehlers in der Ansteuerung des Infotain- mentsystems INF hervorgerufen werden, könnte das Infotainmentsystem INF, also insbesondere die Infotainmentsystemansteuerung, beispielsweise überhitzen. Die Überhitzung des Infotainmentsystems INF könnte ebenfalls von dem Koppelelement K erfasst werden. Um nun beispielsweise eine auf Überhitzung folgende mechanische Zerstörung des Infotainmentsystems INF zu vermeiden, und einer daraus resultierenden Verbraucherrückwirkung auf die sicherheitsrelevanten Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 entgegenzuwirken, könnte auch in diesem Fall das Koppelelement K das erste Teilenergienetz T1 und das zweite Teilenergienetz T2 bereits frühzeitig elektrisch voneinander trennen. Anschließend könnte beispielsweise zum Beheben der Funktionsstörung des Infotainmentsystems INF ein Neustart der Infotainmentsystemansteuerung ausgeführt werden. Dadurch könnte der Softwarefehler in der Ansteuerung des Infotainmentsystems INF behoben werden und das Infotainmentsystem INF wäre nach dem Neustart wieder funktionsfähig. Die Temperatur des Infotainmentsystems INF würde sinken und der physikalische Wert des ersten Teilenergienetzes würde wieder in dem vorgegebenen Wertebereich liegen. Dementsprechend könnte das erste Teilenergienetz durch das Koppelelement K wieder mit dem zweiten Tei lenergienetz T2 gekoppelt werden. Somit könnte die Verfügbarkeit des Kraft fahrzeugs mit dem in Fig. 1 beschriebenen Energienetz verbessert werden.
Solange die beiden Teilenergienetze T1 , T2 während der Funktionsstörung voneinander getrennt sind, können mit Hilfe der Batterie B2 die Komponen ten des zweiten Teilenergienetzes T2 zumindest temporär mit Energie ver sorgt werden. Analog gilt dies auch für die Batterie B1 des ersten Teilener gienetzes für den Fall, dass beispielsweise das Flochvoltnetz FIV ausfällt.
Fig. 2 zeigt ebenfalls das schematische Prinzipschaltbild des Energienetzes E wie es in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 2 ist jedoch eine alternative Ausge staltung des Koppelelements K dargestellt. In dem Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel kann nicht nur das gesamte Teilenergienetz T1 von dem ge samten Teilenergienetz T2, also das Versorgungspotential KL30.B von dem zweiten Versorgungspotential KL30.A durch das Koppelelement K getrennt werden. Stattdessen kann mit Ausnahme der Batterien B2 jede der Kompo- nenten separat von dem Versorgungspotential KL30.A getrennt werden. Dazu weist das Koppelelement K eine Vielzahl an Schaltelementen S1 bis S5 auf. Das Schaltelement S1 ist zwischen das Versorgungspotential KL30.A und das Versorgungspotential KL30.B geschaltet, wobei an das Versor gungspotential KL30.B der gemeinsame Anschluss der nicht sicherheitsrele vanten Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 angeschlossen ist. In Fig. 2 ist die optionale Batterie B2 ebenfalls an den gemeinsamen Anschluss der nicht sicherheitsrelevanten Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 angeschlossen. Die Schaltelemente S2, S3, S4 und S5 sind analog dazu zwischen dem jeweiligen ersten Anschluss des Bremsregelungssystems BRS, des Lenksystems EPS, der Wischersteuerung Wl und der Lichtsteue rung LI und dem Versorgungspotential KL30.A angeordnet. Durch Ansteuern der Schaltelemente S1 bis S5 kann somit jeder der genannten Komponenten separat mit dem Versorgungspotential KL30.A verbunden oder von diesem getrennt werden.
Weiterhin umfasst das Koppelelement in dem in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel auch eine Erfassungseinrichtung D mittels der insbesondere der physikalische Wert, oder auch einzelne physikalische Werte, jedes ein zelnen der Komponenten des ersten und zweiten Teilenergienetzes T1 , T2 erfasst werden kann. Der erfasste physikalische Wert kann dann von der Erfassungseinrichtung D an eine Steuereinrichtung C übermittelt werden. Die Steuereinrichtung C ist besonders bevorzugt ausgebildet, den physikalischen Wert auszuwerten und sozusagen zu prüfen, ob der physikalische Wert in dem vorgegebenen Wertebereich liegt. Liegt der physikalische Wert einer der Komponenten, beispielsweise der nicht sicherheitsrelevanten Kompo nenten des ersten Teilenergienetzes T1 außerhalb des vorgegebenen Wer tebereichs, kann die Steuereinrichtung C ein jeweiliges Steuersignal S gene rieren um das zu der Komponente gehörige Schaltelement S1 bis S5 anzu steuern. Durch das Ansteuern des Schaltelements kann schließlich die funk tionsgestörte Komponente von dem Versorgungspotential KL30.A getrennt werden. Fig. 3 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines Energienetzes E für ein Kraftfahrzeug mit einer hochautomatisierten Fahrfunktion. Das Hoch- voltnetz HV, das erste Teilenergienetz T1 und das zweite Teilenergienetz T2 sind dabei analog zu dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Energienetzes E aufgebaut. Anstelle der Wischersteuerung Wl weist das zweite Teilenergienetz T2 jedoch als Komponente ein Radarsystem RA auf.
Zusätzlich zu dem zweiten Teilenergienetz T2 mit den sicherheitsrelevanten Komponenten weist das Energienetz E in dem in Fig. 3 gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel zum Ermöglichen der hochautomatisierten Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs jedoch zusätzlich noch ein drittes Teilenergienetz T3 auf. Das dritte Teilenergienetz T3 umfasst dabei elektrische Komponenten, die diesel be Funktion ausführen, wie die elektrischen Komponenten des zweiten Tei lenergienetzes T2. Das dritte Teilenergienetz T3 ist somit redundant zu dem zweiten Teilenergienetz T2 ausgebildet.
Entsprechend umfasst das dritte Teilenergienetz T3 ein zweites Radarsys tem RA2, ein zweites Bremsregelungssystem BRS2, ein zweites Lenksystem EPS2 und eine zweite Lichtsteuerung LI2. Weiterhin umfasst das dritte Tei- lenergienetz T3 auch eine Batterie B3. Die Batterie B3 ermöglicht dabei analog zur Batterie B2 zumindest ein temporäres Versorgen der übrigen Komponenten des dritten Teilenergienetzes T3, für den Fall, dass das dritte Teilenergienetz T3 von dem ersten Teilenergienetz T1 entkoppelt ist. Alle Komponenten des dritten Teilenergienetz T3 sind dabei analog zu dem Komponenten des zweiten Teilenergienetzes T2 mit jeweils einem ersten Anschluss an ein drittes Versorgungspotential KL30.C angeschlossen und mit einem jeweiligen zweiten Anschluss an das Massepotential GND. Zwi schen dem zweiten Versorgungspotential KL30.C und dem Massepotential GND liegt in diesem Fall ebenfalls in etwa ein Potential von 12 Volt. Analog zu dem zweiten Teilenergienetz T2 ist auch das dritte Teilenergienetz T3 über ein zweites Koppelelement Kx an das Versorgungspotential KL30.B angeschlossen. In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich jedoch die Koppelelemente K und KX in ihrer Ausgestaltung. Das Koppelelement K zwischen dem ersten Teilenergienetz T1 und dem zweiten Teilenergienetz T2 ist analog zu dem Koppelelement in Fig. 1 und Fig. 2 beispielsweise als intelligenter Potentialverteiler ausgebildet. Im Gegensatz dazu, ist das Kop pelelement KX zwischen dem ersten Teilenergienetz T1 und dem dritten Teilenergienetz T3 als steuerbarer DC/DC-Wandler ausgebildet. Somit sind auch die Koppelelemente redundant zueinander ausgebildet. Alternativ zu dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel könnten die Kop pelelemente K und KX auch gleich ausgebildet sein. Jedoch ist es häufig so, dass in einem Energienetz E zum Ermöglichen einer hochautomatisierten Fahrfunktion unterschiedliche Batterietechnologien für die Batterien B2 und B3 des zweiten Teilenergienetzes T2 und des dritten Teilenergienetzes T3 genutzt werden. Um nun also unterschiedliche Spannungslevel in Abhängig keit von der verwendeten Batterietechnologie in dem zweiten Teilenergienetz T2 und dem dritten Teilenergienetz T3 einstellen zu können, ist es üblich, in diesem Fall auch unterschiedliche Koppelelemente K und KX zum Realisie ren der reversiblen Trennfunktion auszuführen.
Für den Fall, dass also in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Funktionsstörung in einer der nicht sicherheitsrelevanten Komponenten des ersten Teilenergienetzes T1 auftritt, können nun ebenfalls das zweite und dritte Teilenergienetz T2 und T3 zum Vermeiden der Verbraucherrückwir- kung separat von dem ersten Teilenergienetz T 1 entkoppelt werden.
Fig. 4 zeigt nun ein schematisches Flussidagramm von einzelnen Verfah rensschritten zum Betreiben einer beispielhaften Ausführungsform eines Energienetzes, wie es beispielsweise in einer der Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.
Das Verfahren wird dabei mit einem Startschritt ST gestartet. Anschließend erfolgt in einem ersten Schritt 1 ein Erfassen des physikalischen Werts des ersten Teilenergienetzes T1. In einem nächsten Schritt 2 kann dann der erfasste physikalische Wert ausgewertet werden. Daraufhin erfolgt in einem Schritt 3 ein Prüfen, ob der physikalische Wert innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt. Liegt der physikalische Wert inner halb des vorgegebenen Wertebereichs, kann als nächstes erneut der Schritt 1 des Erfassens eines neuen physikalischen Werts des ersten Teilenergie- netzes T1 ausgeführt werden. Liegt der physikalische Wert hingegen außer halb des vorgegebenen Wertebereichs, wird in einem Schritt 4 ein Steuer signal für das Koppelelement K, insbesondere für ein Schaltelement S1 bis S5 des Koppelelements K generiert. Anschließend kann das Koppelelement K beziehungsweise das jeweils zugehörige Schaltelement S1 bis S5 mit dem Steuersignal S angesteuert werden um ein reversibles Entkoppeln des ers ten Teilenergienetzes T1 von dem zweiten Teilenergienetz T2 beziehungs weise von dem dritten Teilenergienetz T3 zu ermöglichen. Das Verfahren wird anschließend in einem Schritt T beendet. Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein hochverfügbares Energienetz, insbesondere eine Energienetzarchitektur, sowohl für manuel les Fahren und auch für hochautomatisiertes Fahren bereitgestellt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Energienetz (E) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- ein erstes Teilenergienetz (T1 ), das an ein Versorgungspotential (KL.30.B) angeschlossen ist,
- ein zweites Teilenergienetz (T2), und
- ein Koppelelement (K, Kx), welches das zweite Teilenergienetz (T2) über das erste Teilenergienetz (T1 ) mit dem Versorgungspotential (KL.30.B) koppelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Koppelelement (K, Kx) eine reversible Trennfunktion aufweist, so- dass das Koppelelement (K, Kx) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem physikalischen Wert des ersten Teilenergienetzes (T1 ) das ers te Teilenergienetz (T1 ) von dem zweiten Teilenergienetz (T2) reversi- bei zu entkoppeln.
2. Energienetz (E) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der physikalische Wert des ersten Teilenergienetzes (T1 ) einen elektri- sehen Wert und/oder einen Temperaturwert darstellt.
3. Energienetz (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Teilenergienetz (T1 ), wenigstens eine nicht- sicherheitsrelevante Komponente (KLE, INF, NAV, RAD) zum Bereit stellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs umfasst, und
- das zweite Teilenergienetz (T2) wenigstens eine sicherheitsrelevante Komponente (BRS, BRS2, EPS, EPS2, Wi, Li, Li2, Ra, Ra2) zum Be reitstellen einer Funktion eines Kraftfahrzeugs umfasst.
4. Energienetz (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (K, Kx) als DC/DC-Wandler oder als schaltbarer Po tentialverteiler ausgebildet ist.
5. Energienetz (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (K, Kx) zum Bereitstellen der Trennfunktion wenigs tens ein steuerbares Schaltelement (S1 -S5), eine Erfassungseinrich tung (D) zum Erfassen des physikalischen Werts, und eine Steuerein richtung (C) zum Generieren eines Steuersignal in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert zum Steuern des Schaltelements (S1 -S5) um- fasst.
6. Energienetz (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koppelelement (K, Kx) ausgebildet ist, das erste Teilenergienetz (T1 ) von dem zweiten Teilenergienetz (T2) nur dann in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert zu entkoppeln, wenn der physikalische Wert einen vorgegebenen Grenzwert entweder überschreitet oder un terschreitet.
7. Energienetz (E) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Energienetz (E) ein Niedervoltnetz (NV) und ein Hochvoltnetz (HV) umfasst, welche über ein Wandlerelement (W) miteinander ge koppelt sind, wobei
- das Hochvoltnetz (HV) ausgebildet ist, das Niedervoltnetz (NV) mit
Energie zu versorgen, und
- das erste Teilenergienetz (T1 ), das zweite Teilenergienetz (T2) und das Koppelelement (K, Kx) Teil des Niedervoltnetzes (NV) sind.
8. Energienetz (E) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochvoltnetz (HV) über das Wandlerelement (W) an das Versor gungspotential (KL.30.B) angeschlossen ist.
9. Energienetz (E) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
- dem zweiten Teilenergienetz (T2) zur Energieversorgung eine Batterie (B2) zugeordnet ist, wobei
- in einem Normalbetrieb des Energienetzes (E) das erste Teilenergie netz (T1 ) und das zweite Teilenergienetz (T2) von dem Hochvoltnetz (HV) mit Energie versorgt werden, und
- nur für den Fall, dass das erste Teilenergienetz (T1 ) von dem zweiten Teilenergienetz (T2) reversibel entkoppelt ist, das zweite Teilenergie- netz (T2) von der zweiten Batterie (B2) mit Energie versorgt wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Energienetzes (E) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Energienetz (E) umfasst:
- ein erstes Teilenergienetz (T1 ), das an ein Versorgungspotential (KL.30.B) angeschlossen ist,
- ein zweites Teilenergienetz (T2), und
- ein Koppelelement (K, Kx), welches das zweite Teilenergienetz (T2) über das erste Teilenergienetz (T1 ) mit dem Versorgungspotential (KL.30.B) koppelt,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Erfassen (1 ) eines physikalischen Werts des ersten Teilenergienet zes (T1 ),
b) in Abhängigkeit von dem physikalischen Wert: Generieren (4) eines Steuersignals (S) für das Koppelelement (K, Kx), und
c) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (S): reversibles Entkoppeln (5) des ersten Teilenergienetzes (T1 ) von dem zweiten Teilenergienetz (T2).
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