EP4205254A1 - Device for power supply, method for supplying power to at least one electrical load, and vehicle - Google Patents

Device for power supply, method for supplying power to at least one electrical load, and vehicle

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Publication number
EP4205254A1
EP4205254A1 EP21759078.5A EP21759078A EP4205254A1 EP 4205254 A1 EP4205254 A1 EP 4205254A1 EP 21759078 A EP21759078 A EP 21759078A EP 4205254 A1 EP4205254 A1 EP 4205254A1
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EP
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battery
interface
consumer
vehicle
electrical
Prior art date
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Pending
Application number
EP21759078.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Kaufmann
Alexander Matt
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Device for supplying energy method for supplying at least one electrical consumer and vehicle
  • the present approach relates to an energy supply device for a vehicle, a method for supplying at least one electrical consumer of a vehicle and a vehicle.
  • An additional battery can be planned for the redundant energy supply of a vehicle's on-board network, or in the case of an e-truck, the voltage can be generated from different cells using a DC/DC converter.
  • the object of the present approach is to create an improved device, an improved method for supplying at least one electrical load, and an improved vehicle.
  • a corresponding device for a vehicle has the following features: a first battery and a second battery; a fault detection device which is designed to detect a faulty state of at least one of the batteries and to provide a fault signal indicating the faulty state; and a switching device with a first battery interface, a second battery interface, a third battery interface, a fourth battery interface and a consumer interface for connecting at least one electrical consumer to the device, the first battery interface having a first pole of the first battery and the second battery interface having a second pole the first battery, the third battery interface is connected to a first pole of the second battery and the fourth battery interface is connected to a second pole of the second battery, and wherein the switching device is designed to disconnect the second battery interface from the consumer interface in a normal state, the second To connect battery interface to the third battery interface and to connect the fourth battery interface to the consumer interface, and wherein the switching device is designed to in an emergency stood to separate the second battery interface from the third battery interface and, depending on the error signal, either to connect the second battery interface to the consumer interface or
  • the vehicle may be a passenger vehicle or a truck.
  • the device can represent an on-board network of the vehicle or be part of such an on-board network.
  • the electrical consumer can be, for example, a control device, a sensor or an electric motor of the vehicle.
  • the batteries can be used to provide the electrical energy required to operate the at least one electrical load. At least one consumer can be designed to be operated both with a normal voltage and with a lower emergency voltage.
  • the normal voltage can be twice as high as the emergency voltage.
  • the normal state can represent a state of the device in which a battery device comprising the batteries is error-free. In the normal state, the two batteries can be connected in series and thus provide the normal voltage. Such a series connection is often found in trucks, for example.
  • the emergency state may represent a state of the device in which the battery device is faulty.
  • the first battery or the second battery may be faulty.
  • only one of the two batteries can be used to supply the electrical load. In this way, only the lower emergency voltage can be provided.
  • the switching device can include a plurality of electrical switches, for example in the form of power transistors. In the normal state, the switching device can be designed to connect electrical lines of the device in such a way that the at least one electrical consumer is supplied with electrical energy by connecting the two batteries in series. In the emergency state, on the other hand, the switching device can be designed to disconnect the series connection of the two batteries and to supply the at least one electrical consumer with electrical energy either exclusively from the first battery or exclusively from the second battery.
  • the fault detection device can include a sensor for detecting the faulty state of at least one of the batteries or can be coupled to such a sensor.
  • the switching device can be designed accordingly in order to assume the emergency state when the error signal indicates the faulty state. This can be regardless of which of the batteries is faulty.
  • the switching device can be designed to connect the second battery interface to the consumer interface in the emergency state and to separate the fourth battery interface from the consumer interface when the error signal indicates a faulty state of the second battery. In this way, the possibly still intact first battery can advantageously continue to be used to supply energy to the at least one electrical load.
  • the switching device can be designed to connect the fourth battery interface to the consumer interface in the emergency state and to separate the second battery interface from the consumer interface when the error signal indicates a faulty state of the first battery.
  • the second battery which may still be intact, can advantageously continue to be used to supply energy to the at least one electrical load.
  • the first battery and the second battery can be of the same type.
  • the two batteries may have the same nominal voltage, for example each of the batteries may have a nominal voltage of 12V. In this way, batteries typically installed in vehicles can be used.
  • the device can have a generator which is designed to adapt its charging voltage to that of a 12 V battery in the emergency state and to charge only one of the batteries which is free of defects.
  • the charging voltage of the generator in emergency operation is no longer in the 24 V range and only the fault-free battery is charged. This means that the reference potential must be applied to the healthy battery.
  • the degraded charging voltage of 12 V should be ensured by adjusting the excitation current, using two charge controllers or using two alternators.
  • the device can have a charge controller which is designed to provide the control signal using a reference potential.
  • This can be a charge controller, as is known from the automotive sector.
  • the reference potential depends on the condition of the batteries.
  • the switching device can have a potential connection connected to the second pole of the first battery for providing the reference potential and a generator connection for receiving the charging signal.
  • two independent charge controllers or two alternators are used.
  • an alternator with two pairs of poles can be used to charge the batteries in an isolated manner.
  • the device can advantageously be used in a vehicle.
  • a corresponding vehicle has at least one electrical consumer which is connected to the consumer interface of the device.
  • the electrical load can be designed as a control device for a safety-critical electrical load.
  • the control device can be designed as a control device for a brake system and/or as a control device for automated control of the vehicle and/or as a starter for the engine.
  • consumers required for safe operation of the vehicle can also be reliably supplied with electrical energy in this way if a fault condition occurs in the area of the batteries.
  • the vehicle may have an engine mechanically coupled to a generator of the device. This can be a motor for driving the vehicle.
  • a corresponding method for supplying at least one electrical consumer of a vehicle with electrical energy comprising the following steps:
  • the steps of the method can be implemented using a named switching device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle with a device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for supplying at least one electrical load according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a device 102 according to an exemplary embodiment.
  • the vehicle 100 is a truck.
  • Vehicle 100 has at least one electrical consumer 104, typically a plurality of electrical consumers.
  • electrical consumer 104 is a control unit for a brake system of vehicle 100 or a control unit for controlling a functionality of vehicle 100.
  • Such a control unit can also be a control unit for automated control of vehicle 100, for example.
  • Vehicle 100 also has an engine 106 .
  • motor 106 is embodied as a drive motor for moving vehicle 100 . This is, for example, an internal combustion engine.
  • the vehicle has a further electrical load 108 in the form of a starter for starting the engine 106 .
  • the electrical loads 104, 108 require electrical energy for their operation. This electrical energy is from the device 102 via at least one consumer interface according to this embodiment provided via a first consumer interface 110 and a second consumer interface 112 .
  • the device 102 comprises a generator 114, a battery device 116, a switching device 118 and an error detection device 120.
  • the switching device 118 is also referred to as a battery switch.
  • the battery device 116 includes a first battery 122 and a second battery 123.
  • the batteries 122, 123 are each a 12 V, 225 Ah, 1150 A battery, as is typically used in vehicles.
  • the batteries 122, 123 are connected in series to supply the at least one electrical load 104, 108 with electrical energy. This is also known as the normal state. If battery device 116 is faulty, for example if one of the two batteries 122, 123 fails or there is a short circuit in the area of one of the two batteries 122, 123, only one of the two batteries 122, 123 is used to charge the at least one electrical load 104 , 108 to supply electrical energy. In this case, the supply voltage provided to the at least one electrical load 104, 108 corresponds to the battery voltage that can be provided by the remaining of the two batteries 122, 123.
  • the generator 114 is mechanically coupled to the motor 106, for example a generator shaft of the generator 114 is connected to a motor shaft of the motor 106 via a V-belt. In this way, when the engine 106 is operating, kinetic energy provided by the engine 106 can be converted into electrical energy by the generator 114 . The electrical energy provided by the generator 114 can be fed into the battery device 116 so that the batteries 122, 123 can be charged. According to one embodiment, operation of the generator 114 is regulated using a charge controller 124 . The charge controller 124 is also referred to as a voltage controller. Error detection device 120 is designed to detect a faulty state of battery device 116 and to provide an error signal 126 that indicates the faulty state.
  • the error detection device 120 is coupled to the battery device 116 in a suitable manner.
  • fault detection device 120 is designed to detect a short circuit within battery device 116 or an output voltage of at least one of batteries 122, 123 that is below a specification as the faulty state.
  • the error signal 126 is used to switch the switching device 118 between the normal state and the emergency state.
  • the switching device 118 has a first battery interface 130, a second battery interface 132, a third battery interface 134, a fourth battery interface 136, the first consumer interface 110 and the second consumer interface 112.
  • the first battery interface 130 is connected to a first pole of the first battery 122, the second Battery interface 132 with a second pole of the first battery 122, the third battery interface 134 with a first pole of the second battery 123 and the fourth battery interface 136 with a second pole of the second battery 123 connected.
  • Switching device 118 optionally has a potential connection 138 for providing a reference potential for charge controller 124 and a generator connection 140 .
  • switches of the switching device 118 are switched in such a way that the second battery interface 132 is connected to the third battery interface 134, so that the batteries 122, 123 are connected in series.
  • the first battery interface 130 is connected to the first load interface 110 and the fourth battery interface 136 to the second load interface 112 .
  • the switching device 118 is designed to disconnect the series connection of the batteries 122, 123.
  • the switches of the switching device 118 are switched in such a way that the second battery interface 132 is separated from the third battery interface 134 . If the error signal 126 indicates a faulty state of the first battery 122, the first battery interface 130 and the second battery interface 132 and thus the first battery 122 from the consumer interfaces 110, 112 are disconnected. Instead, the switching device 118 is designed to connect the third battery interface 134 to the first load interface 110 and the fourth battery interface 136 to the second load interface 112 . In this way, a circuit can be closed via the electrical load 104 via the first load interface 110 , the first battery 122 and the second load interface 112 .
  • the switching device 118 is designed to connect the first battery interface 130 to the first load interface 110 and the second battery interface 132 to the second load interface 112 . In this way, a circuit can be closed via the electrical load 104 via the first load interface 110, the second battery 123 and the second load interface 112.
  • the charge controller 124 is designed to control the operation of the generator 114 using a control signal 150 .
  • generator 114 is designed to generate a charging signal 152 for charging battery device 116 and to adapt a characteristic of charging signal 152 using control signal 150 .
  • the charging signal 152 represents, for example, an electrical voltage or an electrical current
  • charge controller 124 is designed to generate and provide control signal 150 using the reference potential provided at potential connection 138 .
  • the switching device 118 is designed to connect the potential connection 138 to the second battery interface 132 and/or the fourth battery interface 136 in a fixed or switchable manner for generating the reference potential.
  • the generator 114 is designed to charge both batteries 122, 123 with a nominal voltage of 24 V when they are fault-free and to switch the charging voltage to 12 V if the battery 122, 123 is faulty.
  • the wiring is adapted by changing the reference potential on the one hand and connecting the charging line 140 either to the first battery interface 130 or to the third battery interface 134 on the other hand.
  • Switching device 118 is optionally designed to provide a switch-off signal 154 in the emergency state for switching off at least one consumer 104, 108 that is not suitable for operation with the lower emergency voltage.
  • the at least one electrical consumer 104 is connected to the consumer interfaces 110, 112 via a safety device 160, here an interposed fuse box.
  • generator 114 is connected to generator connection 140 and optionally to starter 108 via an electrical line.
  • the at least one electrical load 104 is connected to the first load interface 110 via an electrical line and optionally a safety device 160, here an interposed fuse box.
  • two electrical lines are shown, for example for connecting two separate electrical loads 104 to the switching device 118.
  • a second load connection of the second load interface 112 is via an electrical Line connected to the starter 108 and the motor 106.
  • the ground connection of the generator 114 is connected to the engine 106 by way of example.
  • two additional load connections of the second load interface 112 are connected to the at least one electrical load 104 via two electrical lines via the optional safety device 160 .
  • vehicle 100 has a redundant vehicle electrical system due to a degraded voltage. Creating redundancies is necessary or at least useful, for example, in the course of automated or autonomous driving of vehicles of all kinds. These redundancies are to be designed in such a way that the vehicle 100 cannot get into a safety-critical or uncontrollable state. Systems such as the electric braking system EBS or ABS (anti-lock braking system), which are indicated by way of example by the at least one electrical load 104, are therefore being placed in vehicle 100 multiple times. So that this does not lead to a chained failure in the event of a single fault, the power supplies of the control units, such as the at least one electrical consumer 104, are designed to be sufficiently independent. According to the approach described, it is advantageously not necessary to plan for an additional battery or, in the case of an e-truck as vehicle 100, to generate the voltage from different cells by means of DC/DC converters.
  • EBS electric braking system
  • ABS anti-lock braking system
  • the vehicle electrical system is powered by two 12 V batteries connected in series.
  • the switching device 118 which can be regarded as a special battery switch, one of the batteries 122, 123 can be isolated from the vehicle electrical system in the event of a fault, but the vehicle electrical system can continue to be available at a degraded half voltage.
  • the reference potential depends on the condition of the batteries. In the fault-free state, the reference potential is the fourth battery interface 136, as well as in the case of a faulty battery 122. In the case of a faulty battery 123, the second battery interface 132 is the reference.
  • the approach described can increase the availability of the vehicle electrical system, insofar as the control devices, such as the at least one electrical consumer 104, are still able to supply sensors and actuators with this “undervoltage situation”.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for supplying at least one electrical load according to an exemplary embodiment. The method can be implemented, for example, in connection with the device described with reference to FIG. 1 .
  • step 201 In response to or while the battery device is in a fault-free state, in step 201 the second pole of the first battery is disconnected from the load interface to the electrical load and in step 203 the second pole of the first battery is connected to the first pole of the second battery and the second pole of the second battery connected to the consumer interface.
  • the second pole of the first battery is separated from the first pole of the second battery and in a step 207 the second pole of the first battery is connected to the load interface.
  • the second pole of the first battery is also separated from the first pole of the second battery in step 205, but in step 207 the first pole of the second battery is connected to the consumer interface.
  • steps 201, 203 can be carried out again.

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Abstract

The invention relates to a device (102) for power supply for a vehicle (100), comprising: - a first battery (122); - a second battery (123); - a fault-detecting apparatus (120) for detecting a faulty state of at least one of the batteries (122, 123); and - a switching apparatus (118), which has four battery interfaces (130, 132, 134, 136) and a load interface (112) for connecting at least one electrical load (104, 108) to the device (102). The first battery interface (132) is connected to a first terminal of the first battery (122), the second battery interface (134) is connected to a second terminal of the first battery (122), the third battery interface (136) is connected to a first terminal of the second battery (123), and the fourth battery interface (138) is connected to a second terminal of the second battery (123). The switching apparatus (118) is designed such that, in a normal state, the switching apparatus connects the second battery interface (132) to the third battery interface (134) and such that, in an emergency state, the switching apparatus disconnects the second battery interface (132) from the third battery interface (134) and connects the second battery interface (132) or the fourth battery interface (138) to the load interface (112).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Vorrichtung zur Energieversorgung, Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und Fahrzeug Device for supplying energy, method for supplying at least one electrical consumer and vehicle
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Energieversorgung für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug. The present approach relates to an energy supply device for a vehicle, a method for supplying at least one electrical consumer of a vehicle and a vehicle.
Zur redundanten Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs kann eine zusätzliche Batterie eingeplant werden, oder im Falle eines E-Trucks die Spannung aus unterschiedlichen Zellen mittels DC/DC Wandler generiert werden. An additional battery can be planned for the redundant energy supply of a vehicle's on-board network, or in the case of an e-truck, the voltage can be generated from different cells using a DC/DC converter.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes, eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und ein verbessertes Fahrzeug zu schaffen. Against this background, the object of the present approach is to create an improved device, an improved method for supplying at least one electrical load, and an improved vehicle.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, ein Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers und ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst. This object is achieved by a device, a method for supplying at least one electrical consumer and a vehicle according to the main claims.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine häufig bereits in einem Fahrzeug verbaute Reihenschaltung zweier Batterien zur Absicherung der Energieversorgung eines Bordnetzes des Fahrzeugs verwendet werden kann. The advantages that can be achieved with the approach presented are that a series connection of two batteries, which is often already installed in a vehicle, can be used to secure the energy supply of an on-board network of the vehicle.
Eine entsprechende Vorrichtung für ein Fahrzeug weist dazu die folgenden Merkmale auf: eine erste Batterie und eine zweite Batterie; eine Fehlererkennungseinrichtung, die ausgebildet ist, um einen fehlerhaften Zustand zumindest einer der Batterien zu erkennen und ein, den fehlerhaften Zustand anzeigendes, Fehlersignal bereitzustellen; und eine Schalteinrichtung mit einer ersten Batterieschnittstelle, einer zweiten Batterieschnittstelle, einer dritten Batterieschnittstelle, einer vierten Batterieschnittstelle und einer Verbraucherschnittstelle zum Anschließen zumindest eines elektrischen Verbrauchers an die Vorrichtung, wobei die erste Batterieschnittstelle mit einem ersten Pol der ersten Batterie, die zweite Batterieschnittstelle mit einem zweiten Pol der ersten Batterie, die dritte Batterieschnittstelle mit einem ersten Pol der zweiten Batterie und die vierte Batterieschnittstelle mit einem zweiten Pol der zweiten Batterie verbunden ist, und wobei die Schalteinrichtung ausgebildet ist, um in einem Normalzustand die zweite Batterieschnittstelle von der Verbraucherschnittstelle zu trennen, die zweite Batterieschnittstelle mit der dritten Batterieschnittstelle zu verbinden und die vierte Batterieschnittstelle mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden, und wobei die Schalteinrichtung ausgebildet ist, um in einem Notzustand die zweite Batterieschnittstelle von der dritten Batterieschnittstelle zu trennen und abhängig von dem Fehlersignal entweder die zweite Batterieschnittstelle mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden oder die vierte Batterieschnittstelle mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden. A corresponding device for a vehicle has the following features: a first battery and a second battery; a fault detection device which is designed to detect a faulty state of at least one of the batteries and to provide a fault signal indicating the faulty state; and a switching device with a first battery interface, a second battery interface, a third battery interface, a fourth battery interface and a consumer interface for connecting at least one electrical consumer to the device, the first battery interface having a first pole of the first battery and the second battery interface having a second pole the first battery, the third battery interface is connected to a first pole of the second battery and the fourth battery interface is connected to a second pole of the second battery, and wherein the switching device is designed to disconnect the second battery interface from the consumer interface in a normal state, the second To connect battery interface to the third battery interface and to connect the fourth battery interface to the consumer interface, and wherein the switching device is designed to in an emergency stood to separate the second battery interface from the third battery interface and, depending on the error signal, either to connect the second battery interface to the consumer interface or to connect the fourth battery interface to the consumer interface.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug zur Personenbeförderung oder um einen Lastkraftwagen handeln. Die Vorrichtung kann ein Bordnetz des Fahrzeugs darstellen oder ein Teil eines solchen Bordnetzes sein. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät, einen Sensor oder einen Elektromotor des Fahrzeugs handeln. Die Batterien können verwendet werden, um die zum Betrieb des zumindest eines elektrischen Verbrauchers erforderliche elektrische Energie bereitzustellen. Zumindest ein Verbraucher kann ausgebildet sein, um sowohl mit einer Normalspannung als auch mit einer niedrigeren Notspannung betrieben zu werden. Dabei kann die Normalspannung doppelt so groß wie die Notspannung sein. Der Normalzustand kann einen Zustand der Vorrichtung repräsentieren, in dem eine die Batterien umfassende Batterieeinrichtung fehlerfrei ist. In dem Normalzustand können die beiden Batterien in Reihe verschaltet sein und auf diese Weise die Normalspannung bereitstellen. Eine solche Reihenschaltung ist beispielweise in Lastkraftwagen häufig anzutreffen. Der Notzustand kann einen Zustand der Vorrichtung repräsentieren, in dem die Batterieeinrichtung einen Fehler aufweist. Beispielsweis kann die erste Batterie oder die zweite Batterie fehlerhaft sein. In dem Notzustand kann nur eine der beiden Batterien zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers verwendet werden. Auf diese Weise kann nur die geringere Notspannung bereitgestellt werden. Die Schalteinrichtung kann eine Mehrzahl elektrischer Schalter, beispielsweise in Form von Leistungstransistoren umfassen. In dem Normalzustand kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, elektrische Leitungen der Vorrichtung so zu verschalten, dass der zumindest eine elektrische Verbraucher durch eine Reihenschaltung der beiden Batterien mit elektrischer Energie versorgt wird. In dem Notzustand kann die Schalteinrichtung dagegen ausgebildet sein, die Reihenschaltung der beiden Batterien aufzutrennen und den zumindest einen elektrischen Verbraucher entweder ausschließlich durch die erste Batterie oder ausschließlich durch die zweite Batterie mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Fehlererkennungseinrichtung kann einen Sensor zum Erfassen des fehlerhaften Zustands zumindest einer der Batterien umfassen oder mit einem solchen Sensor gekoppelt sein. The vehicle may be a passenger vehicle or a truck. The device can represent an on-board network of the vehicle or be part of such an on-board network. The electrical consumer can be, for example, a control device, a sensor or an electric motor of the vehicle. The batteries can be used to provide the electrical energy required to operate the at least one electrical load. At least one consumer can be designed to be operated both with a normal voltage and with a lower emergency voltage. The normal voltage can be twice as high as the emergency voltage. The normal state can represent a state of the device in which a battery device comprising the batteries is error-free. In the normal state, the two batteries can be connected in series and thus provide the normal voltage. Such a series connection is often found in trucks, for example. The emergency state may represent a state of the device in which the battery device is faulty. For example, the first battery or the second battery may be faulty. In the emergency, only one of the two batteries can be used to supply the electrical load. In this way, only the lower emergency voltage can be provided. The switching device can include a plurality of electrical switches, for example in the form of power transistors. In the normal state, the switching device can be designed to connect electrical lines of the device in such a way that the at least one electrical consumer is supplied with electrical energy by connecting the two batteries in series. In the emergency state, on the other hand, the switching device can be designed to disconnect the series connection of the two batteries and to supply the at least one electrical consumer with electrical energy either exclusively from the first battery or exclusively from the second battery. The fault detection device can include a sensor for detecting the faulty state of at least one of the batteries or can be coupled to such a sensor.
Die Schalteinrichtung kann entsprechend ausgebildet sein, um den Notzustand einzunehmen, wenn das Fehlersignal den fehlerhaften Zustand anzeigt. Dies kann unabhängig davon sein, welche der Batterien fehlerhaft ist. The switching device can be designed accordingly in order to assume the emergency state when the error signal indicates the faulty state. This can be regardless of which of the batteries is faulty.
Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um in dem Notzustand die zweite Batterieschnittstelle mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden und die vierte Batterieschnittstelle von der Verbraucherschnittstelle zu trennen, wenn das Fehlersignal einen fehlerhaften Zustand der zweiten Batterie anzeigt. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise die gegebenenfalls noch intakte erste Batterie weiterhin zur Energieversorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers verwendet werden. The switching device can be designed to connect the second battery interface to the consumer interface in the emergency state and to separate the fourth battery interface from the consumer interface when the error signal indicates a faulty state of the second battery. In this way, the possibly still intact first battery can advantageously continue to be used to supply energy to the at least one electrical load.
Entsprechend kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, um in dem Notzustand die vierte Batterieschnittstelle mit der Verbraucherschnittstelle zu verbinden und die zweite Batterieschnittstelle von der Verbraucherschnittstelle zu trennen, wenn das Fehlersignal einen fehlerhaften Zustand der ersten Batterie anzeigt. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise die gegebenenfalls noch intakte zweite Batterie weiterhin zur Energieversorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers verwendet werden. Die erste Batterie und die zweite Batterie können vom gleichen Typ sein. Die beiden Batterien können die gleiche Nennspannung aufweisen, beispielsweise kann jede der Batterien eine Nennspannung von 12 V aufweisen. Auf diese Weise kann auf typischerweise in Fahrzeugen verbaute Batterien zurückgegriffen werden. Accordingly, the switching device can be designed to connect the fourth battery interface to the consumer interface in the emergency state and to separate the second battery interface from the consumer interface when the error signal indicates a faulty state of the first battery. In this way, the second battery, which may still be intact, can advantageously continue to be used to supply energy to the at least one electrical load. The first battery and the second battery can be of the same type. The two batteries may have the same nominal voltage, for example each of the batteries may have a nominal voltage of 12V. In this way, batteries typically installed in vehicles can be used.
Die Vorrichtung kann einen Generator aufweisen, der ausgebildet ist, um in dem Notzustand seine Ladespannung auf die einer 12 V Batterie anzupassen und nur eine fehlerfreie der Batterien zu laden. Somit liegt die Ladespannung des Generator im Notbetrieb nicht mehr im 24 V Bereich und es wird nur die fehlerfreie Batterie geladen. Dies bedeutet, dass das Bezugspotential an die fehlerfreie Batterie angelegt werden muss. The device can have a generator which is designed to adapt its charging voltage to that of a 12 V battery in the emergency state and to charge only one of the batteries which is free of defects. Thus, the charging voltage of the generator in emergency operation is no longer in the 24 V range and only the fault-free battery is charged. This means that the reference potential must be applied to the healthy battery.
Die degradierte Ladespannung von 12 V soll durch Anpassung des Erregerstroms , Verwendung von zwei Ladereglern oder dem Einsatz von zwei Lichtmaschinen sichergestellt werden. The degraded charging voltage of 12 V should be ensured by adjusting the excitation current, using two charge controllers or using two alternators.
Ferner kann die Vorrichtung einen Laderegler aufweisen, der ausgebildet ist, um das Regelsignal unter Verwendung eines Bezugspotentials bereitzustellen. Dabei kann es sich um einen Laderegler handeln, wie er aus dem Fahrzeugbereich bekannt ist. Das Bezugspotential ist abhängig vom Zustand der Batterien. Furthermore, the device can have a charge controller which is designed to provide the control signal using a reference potential. This can be a charge controller, as is known from the automotive sector. The reference potential depends on the condition of the batteries.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schalteinrichtung einen mit dem zweiten Pol der ersten Batterie verbundenen Potentialanschluss zum Bereitstellen des Bezugspotentials und einen Generatoranschluss zum Empfangen des Ladesignals aufweisen. According to one embodiment, the switching device can have a potential connection connected to the second pole of the first battery for providing the reference potential and a generator connection for receiving the charging signal.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden zwei unabhängige Laderegler oder zwei Lichtmaschinen verwendet. Beispielsweise kann eine Lichtmaschine mit zwei Polpaaren verwendet werden, um die Batterien galvanisch getrennt zu laden. Das ist beispielsweise vorteilhaft für die Auslegung der Halbleiter im Gleichrichter, da die Sperrspannung gering gehalten werden kann und auf hochvolumige 12 V Technik zurückgegriffen werden kann. Auch auf diese Weise können die Batterien hinreichend unabhängig durch die Lichtmaschine(n) nachgeladen werden. Die Vorrichtung kann vorteilhaft in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Ein entsprechendes Fahrzeug weist neben der genannten Vorrichtung zumindest einen elektrischen Verbraucher auf, der mit der Verbraucherschnittstelle der Vorrichtung verbunden ist. According to an alternative embodiment, two independent charge controllers or two alternators are used. For example, an alternator with two pairs of poles can be used to charge the batteries in an isolated manner. This is advantageous, for example, for the design of the semiconductors in the rectifier, since the blocking voltage can be kept low and high-volume 12 V technology can be used. In this way, too, the batteries can be sufficiently independently recharged by the alternator(s). The device can advantageously be used in a vehicle. In addition to the device mentioned, a corresponding vehicle has at least one electrical consumer which is connected to the consumer interface of the device.
Dabei kann der elektrische Verbraucher als ein Steuergerät für einen sicherheitskritischen elektrischen Verbraucher ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Steuergerät als ein Steuergerät für ein Bremssystem und/oder als ein Steuergerät zum automatisierten Steuern des Fahrzeugs und/oder als ein Starter für den Motor ausgeführt sein. Vorteilhafterweise können auf diese Weise zum sicheren Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Verbraucher auch dann zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt werden, wenn im Bereich der Batterien ein Fehlerzustand auftritt. In this case, the electrical load can be designed as a control device for a safety-critical electrical load. For example, the control device can be designed as a control device for a brake system and/or as a control device for automated control of the vehicle and/or as a starter for the engine. Advantageously, consumers required for safe operation of the vehicle can also be reliably supplied with electrical energy in this way if a fault condition occurs in the area of the batteries.
Das Fahrzeug kann einen Motor aufweisen, der mit einem Generator der Vorrichtung mechanisch gekoppelt ist. Dabei kann es sich um einen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs handeln. The vehicle may have an engine mechanically coupled to a generator of the device. This can be a motor for driving the vehicle.
Ein entsprechendes Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: A corresponding method for supplying at least one electrical consumer of a vehicle with electrical energy, the method comprising the following steps:
Trennen eines zweiten Pols einer ersten Batterie von einer Verbraucherschnittstelle zu dem elektrischen Verbraucher und Verbinden des zweiten Pols der ersten Batterie mit einem ersten Pol einer zweiten Batterie sowie eines zweiten Pols der zweiten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle, ansprechend auf einen fehlerfreien Zustand der ersten Batterie und der zweiten Batterie; Disconnecting a second pole of a first battery from a consumer interface to the electrical consumer and connecting the second pole of the first battery to a first pole of a second battery and a second pole of the second battery to the consumer interface, in response to an error-free state of the first battery and the second battery;
Trennen des zweiten Pols der ersten Batterie von dem ersten Pol der zweiten Batterie und Verbinden des zweiten Pols der ersten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle ansprechend auf einen fehlerhaften Zustand der zweiten Batterie oder des zweiten Pols der zweiten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle ansprechend auf einen fehlerhaften Zustand der ersten Batterie. Beispielsweise können die Schritte des Verfahrens unter Verwendung einer genannten Schalteinrichtung umgesetzt werden. disconnecting the second battery terminal from the second battery first terminal and connecting the first battery second terminal to the load interface in response to a faulty condition of the second battery or the second battery second terminal to the load interface in response to a faulty condition of the first Battery. For example, the steps of the method can be implemented using a named switching device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen: Exemplary embodiments of the approach presented here are explained in more detail in the following description with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 1 shows a schematic representation of a vehicle with a device according to an exemplary embodiment; and
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 shows a flow chart of a method for supplying at least one electrical load according to an exemplary embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of favorable exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um einen Lastkraftwagen. Das Fahrzeug 100 weist zumindest einen elektrischen Verbraucher 104, typischerweise eine Mehrzahl elektrische Verbraucher auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher 104 um ein Steuergerät für ein Bremssystem des Fahrzeugs 100 oder ein Steuergerät zum Steuern einer Funktionalität des Fahrzeugs 100. Bei einem solchen Steuergerät kann es sich beispielsweise auch um ein Steuergerät zum automatisierten Steuern des Fahrzeugs 100 handeln. Ferner weist das Fahrzeug 100 einen Motor 106 auf. Beispielsweise ist der Motor 106 als ein Antriebsmotor zum Fortbewegen des Fahrzeugs 100 ausgeführt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor. In diesem Fall weist das Fahrzeug einen weiteren elektrischen Verbraucher 108 Form eines Starters zum Starten des Motors 106 auf. Die elektrischen Verbraucher 104, 108 benötigen für ihren Betrieb elektrische Energie. Diese elektrische Energie wird von der Vorrichtung 102 über zumindest eine Verbraucherschnittstelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine erste Verbraucherschnittstelle 110 und eine zweite Verbraucherschnittstelle 112 bereitgestellt. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a device 102 according to an exemplary embodiment. For example only, the vehicle 100 is a truck. Vehicle 100 has at least one electrical consumer 104, typically a plurality of electrical consumers. For example, electrical consumer 104 is a control unit for a brake system of vehicle 100 or a control unit for controlling a functionality of vehicle 100. Such a control unit can also be a control unit for automated control of vehicle 100, for example. Vehicle 100 also has an engine 106 . For example, motor 106 is embodied as a drive motor for moving vehicle 100 . This is, for example, an internal combustion engine. In this case, the vehicle has a further electrical load 108 in the form of a starter for starting the engine 106 . The electrical loads 104, 108 require electrical energy for their operation. This electrical energy is from the device 102 via at least one consumer interface according to this embodiment provided via a first consumer interface 110 and a second consumer interface 112 .
Die Vorrichtung 102 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Generator 114, eine Batterieeinrichtung 116, eine Schalteinrichtung 118 und eine Fehlererkennungseinrichtung 120. Die Schalteinrichtung 118 wird auch als Batterieschalter bezeichnet. According to this exemplary embodiment, the device 102 comprises a generator 114, a battery device 116, a switching device 118 and an error detection device 120. The switching device 118 is also referred to as a battery switch.
Die Batterieeinrichtung 116 umfasst eine erste Batterie 122 und eine zweite Batterie 123. Beispielsweise handelt es sich bei den Batterien 122, 123 jeweils um eine 12 V, 225 Ah, 1150 A Batterie, wie sie typischerweise in Fahrzeugen eingesetzt wird. Im fehlerfreien Zustand der Batterieeinrichtung 116 wird eine Reihenschaltung der Batterien 122, 123 verwendet, um den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104, 108 mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies wird auch als Normalzustand bezeichnet. In einem fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung 116, beispielsweise bei einem Ausfall einer der beiden Batterien 122, 123 oder einem Kurzschluss im Bereich einer der beiden Batterien 122, 123, wird nur eine der beiden Batterien 122, 123 verwendet, um den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104, 108 mit elektrischer Energie zu versorgen. In diesem Fall entspricht die an den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104, 108 bereitgestellte Versorgungsspannung der Batteriespannung, die von der verbleibenden der beiden Batterien 122, 123 bereitgestellt werden kann. The battery device 116 includes a first battery 122 and a second battery 123. For example, the batteries 122, 123 are each a 12 V, 225 Ah, 1150 A battery, as is typically used in vehicles. When the battery device 116 is in a fault-free state, the batteries 122, 123 are connected in series to supply the at least one electrical load 104, 108 with electrical energy. This is also known as the normal state. If battery device 116 is faulty, for example if one of the two batteries 122, 123 fails or there is a short circuit in the area of one of the two batteries 122, 123, only one of the two batteries 122, 123 is used to charge the at least one electrical load 104 , 108 to supply electrical energy. In this case, the supply voltage provided to the at least one electrical load 104, 108 corresponds to the battery voltage that can be provided by the remaining of the two batteries 122, 123.
Der Generator 114 ist mechanisch mit dem Motor 106 gekoppelt beispielsweise ist eine Generatorwelle des Generators 114 über einen Keilriemen mit einer Motorwelle des Motors 106 verbunden. Auf diese Weise kann bei Betrieb des Motors 106 eine von dem Motor 106 bereitgestellte Bewegungsenergie von dem Generator 114 in elektrische Energie gewandelt werden. Die von dem Generator 114 bereitgestellte elektrische Energie kann in die Batterieeinrichtung 116 eingespeist werden, so dass die Batterien 122, 123 aufgeladen werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Betrieb des Generators 114 unter Verwendung eines Ladereglers 124 geregelt. Der Laderegler 124 wird auch als Spannungsregler bezeichnet. Die Fehlererkennungseinrichtung 120 ist ausgebildet, um einen fehlerhaften Zustand der Batterieeinrichtung 116 zu erkennen und ein den fehlerhaften Zustand anzeigendes Fehlersignal 126 bereitzustellen. Dazu ist die Fehlererkennungseinrichtung 120 auf eine geeignete Weise mit der Batterieeinrichtung 116 gekoppelt. Beispielweise ist die Fehlererkennungseinrichtung 120 ausgebildet um einen Kurzschluss innerhalb der Batterieeinrichtung 116 oder eine unterhalb einer Spezifikation liegende Ausgangsspannung zumindest einer der Batterien 122, 123 als den fehlerhaften Zustand zu erkennen. The generator 114 is mechanically coupled to the motor 106, for example a generator shaft of the generator 114 is connected to a motor shaft of the motor 106 via a V-belt. In this way, when the engine 106 is operating, kinetic energy provided by the engine 106 can be converted into electrical energy by the generator 114 . The electrical energy provided by the generator 114 can be fed into the battery device 116 so that the batteries 122, 123 can be charged. According to one embodiment, operation of the generator 114 is regulated using a charge controller 124 . The charge controller 124 is also referred to as a voltage controller. Error detection device 120 is designed to detect a faulty state of battery device 116 and to provide an error signal 126 that indicates the faulty state. For this purpose, the error detection device 120 is coupled to the battery device 116 in a suitable manner. For example, fault detection device 120 is designed to detect a short circuit within battery device 116 or an output voltage of at least one of batteries 122, 123 that is below a specification as the faulty state.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Fehlersignal 126 verwendet, um die Schalteinrichtung 118 zwischen dem Normalzustand und dem Notzustand umzuschalten. According to one embodiment, the error signal 126 is used to switch the switching device 118 between the normal state and the emergency state.
Die Schalteinrichtung 118 weist eine erste Batterieschnittstelle 130, eine zweite Batterieschnittstelle 132, eine dritte Batterieschnittstelle 134, eine vierte Batterieschnittstelle 136, die erste Verbraucherschnittstelle 110 und die zweite Verbraucherschnittstelle 112. Die erste Batterieschnittstelle 130 ist mit einem ersten Pol der ersten Batterie 122, die zweite Batterieschnittstelle 132 mit einem zweiten Pol der ersten Batterie 122, die dritte Batterieschnittstelle 134 mit einem ersten Pol der zweiten Batterie 123 und die vierte Batterieschnittstelle 136 mit einem zweiten Pol der zweiten Batterie 123 verbunden. The switching device 118 has a first battery interface 130, a second battery interface 132, a third battery interface 134, a fourth battery interface 136, the first consumer interface 110 and the second consumer interface 112. The first battery interface 130 is connected to a first pole of the first battery 122, the second Battery interface 132 with a second pole of the first battery 122, the third battery interface 134 with a first pole of the second battery 123 and the fourth battery interface 136 with a second pole of the second battery 123 connected.
Optional weist die Schalteinrichtung 118 einen Potentialanschluss 138 zum Bereitstellen eines Bezugspotentials für den Laderegler 124 und einen Generatoranschluss 140 auf. Switching device 118 optionally has a potential connection 138 for providing a reference potential for charge controller 124 and a generator connection 140 .
In dem Normalzustand sind Schalter der Schalteinrichtung 118 so geschaltet, dass die zweite Batterieschnittstelle 132 mit der dritten Batterieschnittstelle 134 verbunden ist, sodass die Batterien 122, 123 in Reihe geschaltet sind. Zudem ist die erste Batterieschnittstelle 130 mit der ersten Verbraucherschnittstelle 110 und die vierte Batterieschnittstelle 136 mit der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 verbunden. Auf diese Weise kann über den elektrischen Verbraucher 104 ein Stromkreis über die erste Verbraucherschnittstelle 110 die Reihenschaltung der Batterien 122, 123 und die zweite Verbraucherschnittstelle 112 geschlossen werden. In diesem Fall besteht keine direkte Verbindung zwischen der zweiten Batterieschnittstelle 132 und den Verbraucherschnittstellen 110, 112 sowie zwischen der dritten Batterieschnittstelle 134 und den Verbraucherschnittstellen 110, 112. In the normal state, switches of the switching device 118 are switched in such a way that the second battery interface 132 is connected to the third battery interface 134, so that the batteries 122, 123 are connected in series. In addition, the first battery interface 130 is connected to the first load interface 110 and the fourth battery interface 136 to the second load interface 112 . In this way, via the electrical consumer 104, a circuit via the first consumer interface 110, the series connection of the batteries 122, 123 and the second Consumer interface 112 to be closed. In this case there is no direct connection between the second battery interface 132 and the load interfaces 110, 112 and between the third battery interface 134 and the load interfaces 110, 112.
In dem Notzustand ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um die Reihenschaltung der Batterien 122, 123 aufzutrennen. Dazu sind die Schalter der Schalteinrichtung 118 so geschaltet, dass die zweite Batterieschnittstelle 132 von der dritten Batterieschnittstelle 134 getrennt ist. Wenn das Fehlersignal 126 einen fehlerhaften Zustand der ersten Batterie 122 anzeigt, werden die erste Batterieschnittstelle 130 und die zweite Batterieschnittstelle 132 und somit die erste Batterie 122 von den Verbraucherschnittstellen 110, 112 getrennt. Stattdessen ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um die dritte Batterieschnittstelle 134 mit der ersten Verbraucherschnittstelle 110 und die vierte Batterieschnittstelle 136 mit der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 zu verbinden. Auf diese Weise kann über den elektrischen Verbraucher 104 ein Stromkreis über die erste Verbraucherschnittstelle 110 die erste Batterie 122 und die zweite Verbraucherschnittstelle 112 geschlossen werden. Wenn das Fehlersignal 126 einen fehlerhaften Zustand der zweiten Batterie 123 anzeigt, werden die dritte Batterieschnittstelle 134 und die vierte Batterieschnittstelle 136 und somit die zweite Batterie 123 von den Verbraucherschnittstellen 110, 112 getrennt. Stattdessen ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um die erste Batterieschnittstelle 130 mit der ersten Verbraucherschnittstelle 110 und die zweite Batterieschnittstelle 132 mit der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 zu verbinden. Auf diese Weise kann über den elektrischen Verbraucher 104 ein Stromkreis über die erste Verbraucherschnittstelle 110 die zweite Batterie 123 und die zweite Verbraucherschnittstelle 112 geschlossen werden. In the emergency state, the switching device 118 is designed to disconnect the series connection of the batteries 122, 123. For this purpose, the switches of the switching device 118 are switched in such a way that the second battery interface 132 is separated from the third battery interface 134 . If the error signal 126 indicates a faulty state of the first battery 122, the first battery interface 130 and the second battery interface 132 and thus the first battery 122 from the consumer interfaces 110, 112 are disconnected. Instead, the switching device 118 is designed to connect the third battery interface 134 to the first load interface 110 and the fourth battery interface 136 to the second load interface 112 . In this way, a circuit can be closed via the electrical load 104 via the first load interface 110 , the first battery 122 and the second load interface 112 . If the error signal 126 indicates a faulty state of the second battery 123, the third battery interface 134 and the fourth battery interface 136 and thus the second battery 123 are separated from the consumer interfaces 110, 112. Instead, the switching device 118 is designed to connect the first battery interface 130 to the first load interface 110 and the second battery interface 132 to the second load interface 112 . In this way, a circuit can be closed via the electrical load 104 via the first load interface 110, the second battery 123 and the second load interface 112.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Laderegler 124 ausgebildet, um den Betrieb des Generators 114 unter Verwendung eines Regelsignals 150 zu regeln. According to one embodiment, the charge controller 124 is designed to control the operation of the generator 114 using a control signal 150 .
Beispielsweise ist der Generator 114 ausgebildet, um ein Ladesignal 152 zum Laden der Batterieeinrichtung 116 zu generieren und eine Charakteristik des Ladesignals 152 unter Verwendung des Regelsignals 150 anzupassen. Das Ladesignal 152 stellt beispielsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom dar. Der Laderegler 124 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Regelsignal 150 unter Verwendung des an dem Potentialanschluss 138 bereitgestellten Bezugspotentials zu erzeugen und bereitzustellen. For example, generator 114 is designed to generate a charging signal 152 for charging battery device 116 and to adapt a characteristic of charging signal 152 using control signal 150 . The charging signal 152 represents, for example, an electrical voltage or an electrical current According to one exemplary embodiment, charge controller 124 is designed to generate and provide control signal 150 using the reference potential provided at potential connection 138 .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet, um den Potentialanschluss 138 zur Generierung des Bezugspotentials fix oder schaltbar mit der zweiten Batterieschnittstelle 132 und/oder der vierten Batterieschnittstelle 136 zu verbinden. According to one exemplary embodiment, the switching device 118 is designed to connect the potential connection 138 to the second battery interface 132 and/or the fourth battery interface 136 in a fixed or switchable manner for generating the reference potential.
Der Generator 114 ist ausgebildet, um im fehlerfreien Zustand beide Batterien 122, 123 mit einer Nennspannung von 24 V zu laden und bei einer fehlerhaften Batterie 122, 123 die Ladespannung auf 12 V umzustellen. Dazu wird die Verschaltung angepasst, indem einerseits das Bezugspotential umgestellt wird und anderseits die Ladeleitung 140 entweder mit der erste Batterieschnittstelle 130 oder der dritten Batterieschnittstelle 134 verbunden wird. The generator 114 is designed to charge both batteries 122, 123 with a nominal voltage of 24 V when they are fault-free and to switch the charging voltage to 12 V if the battery 122, 123 is faulty. For this purpose, the wiring is adapted by changing the reference potential on the one hand and connecting the charging line 140 either to the first battery interface 130 or to the third battery interface 134 on the other hand.
Optional ist die Schalteinrichtung 118 ausgebildet ist, um in dem Notzustand ein Abschaltsignal 154 zum Abschalten zumindest eines Verbrauchers 104, 108 bereitzustellen, der nicht zum Betrieb mit der niedrigeren Notspannung geeignet ist. Switching device 118 is optionally designed to provide a switch-off signal 154 in the emergency state for switching off at least one consumer 104, 108 that is not suitable for operation with the lower emergency voltage.
Optional ist der zumindest eine elektrische Verbraucher 104 über eine Sicherungseinrichtung 160, hier einen zwischengeschalteten Sicherungskasten, mit den Verbraucherschnittstellen 110, 112 verbunden. Optionally, the at least one electrical consumer 104 is connected to the consumer interfaces 110, 112 via a safety device 160, here an interposed fuse box.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Generator 114 über eine elektrische Leitung mit dem Generatoranschluss 140 und optional dem Starter 108 verbunden. Der zumindest eine elektrische Verbraucher 104 ist über eine elektrische Leitung und optional eine Sicherungseinrichtung 160, hier einen zwischengeschalteten Sicherungskasten, mit der ersten Verbraucherschnittstelle 110 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zwei elektrische Leitungen gezeigt, beispielsweise zum Verbinden von zwei separaten elektrischen Verbrauchers 104 mit der Schalteinrichtung 118. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Verbraucheranschluss der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 über eine elektrische Leitung mit dem Starter 108 und dem Motor 106 verbunden. Beispielhafthaft ist dazu die Masseverbindung des Generators 114 mit dem Motor 106 verbunden. Ferner sind weitere zwei Verbraucheranschlüsse der zweiten Verbraucherschnittstelle 112 über zwei elektrische Leitungen über die optionale Sicherungseinrichtung 160 mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher 104 verbunden. According to this exemplary embodiment, generator 114 is connected to generator connection 140 and optionally to starter 108 via an electrical line. The at least one electrical load 104 is connected to the first load interface 110 via an electrical line and optionally a safety device 160, here an interposed fuse box. According to this exemplary embodiment, two electrical lines are shown, for example for connecting two separate electrical loads 104 to the switching device 118. According to the exemplary embodiment shown, a second load connection of the second load interface 112 is via an electrical Line connected to the starter 108 and the motor 106. For this purpose, the ground connection of the generator 114 is connected to the engine 106 by way of example. Furthermore, two additional load connections of the second load interface 112 are connected to the at least one electrical load 104 via two electrical lines via the optional safety device 160 .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug 100 ein redundantes Bordnetz durch eine degradierte Spannung auf. Redundanzen zu schaffen ist beispielsweise im Zuge des automatisierten oder autonomen Fahrens von Fahrzeugen aller Art notwendig oder zumindest sinnvoll. Diese Redundanzen sind so auszulegen, dass das Fahrzeug 100 nicht in einen sicherheitskritischen oder unbeherrschbaren Zustand geraten kann. Es wird somit dazu übergegangen, Systeme wie zum Beispiel das elektrische Bremssystem EBS oder ABS (Antiblockiersystem), die beispielhaft durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher 104 angedeutet sind, mehrfach im Fahrzeug 100 zu platzieren. Damit dies bei einem Einfachfehler nicht zu einem verketteten Ausfall kommt, werden die Stromversorgungen der Steuergeräte, wie des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 104, hinreichend unabhängig ausgelegt. Gemäß dem beschriebenen Ansatz ist es dazu vorteilhafterweise nicht erforderlich eine zusätzliche Batterie einzuplanen, oder im Falle eines E-Trucks als Fahrzeug 100 die Spannung aus unterschiedlichen Zellen mittels DC/DC Wandler zu generieren. According to one exemplary embodiment, vehicle 100 has a redundant vehicle electrical system due to a degraded voltage. Creating redundancies is necessary or at least useful, for example, in the course of automated or autonomous driving of vehicles of all kinds. These redundancies are to be designed in such a way that the vehicle 100 cannot get into a safety-critical or uncontrollable state. Systems such as the electric braking system EBS or ABS (anti-lock braking system), which are indicated by way of example by the at least one electrical load 104, are therefore being placed in vehicle 100 multiple times. So that this does not lead to a chained failure in the event of a single fault, the power supplies of the control units, such as the at least one electrical consumer 104, are designed to be sufficiently independent. According to the approach described, it is advantageously not necessary to plan for an additional battery or, in the case of an e-truck as vehicle 100, to generate the voltage from different cells by means of DC/DC converters.
Stattdessen wird die Gegebenheit ausgenutzt, dass in einigen Fahrzeugen, insbesondere bei Lastkraftwägen, die Bordnetzspannung durch zwei 12 V Batterien in Reihenschaltung miteinander betrieben wird. Durch Nutzung der Schalteinrichtung 118, die als ein spezieller Batterieschalter angesehen werden kann, kann im Fehlerfall eine der Batterien 122, 123 vom Bordnetz isoliert werden, jedoch das Bordnetz auf einer degradierten halben Spannung weiter zur Verfügung stehen. Instead, use is made of the fact that in some vehicles, particularly trucks, the vehicle electrical system is powered by two 12 V batteries connected in series. By using the switching device 118, which can be regarded as a special battery switch, one of the batteries 122, 123 can be isolated from the vehicle electrical system in the event of a fault, but the vehicle electrical system can continue to be available at a degraded half voltage.
Das Bezugspotential ist abhängig vom Zustand der Batterien. Im fehlerfreien Zustand ist das Bezugspotential die vierte Batterieschnittstelle 136, sowie bei fehlerhafter Batterie 122. Bei fehlerhafter Batterie 123 ist die zweite Batterieschnittstelle 132 der Bezug. Durch den beschriebenen Ansatz kann die Verfügbarkeit des Bordnetzes erhöht werden, insofern die Steuergeräte, wie der zumindest eine elektrische Verbraucher 104, mit dieser „Unterspannungssituation“ noch in der Lage sind Sensoren und Aktuatoren zu versorgen. The reference potential depends on the condition of the batteries. In the fault-free state, the reference potential is the fourth battery interface 136, as well as in the case of a faulty battery 122. In the case of a faulty battery 123, the second battery interface 132 is the reference. The approach described can increase the availability of the vehicle electrical system, insofar as the control devices, such as the at least one electrical consumer 104, are still able to supply sensors and actuators with this “undervoltage situation”.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann beispielsweise im Zusammenhang mit der anhand von Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung umgesetzt werden. FIG. 2 shows a flow chart of a method for supplying at least one electrical load according to an exemplary embodiment. The method can be implemented, for example, in connection with the device described with reference to FIG. 1 .
Ansprechend oder während eines fehlerfreien Zustands der Batterieeinrichtung wird in einem Schritt 201 der zweite Pol der ersten Batterie von der Verbraucherschnittstelle zu dem elektrischen Verbraucher getrennt und in einem Schritt 203 der zweite Pols der ersten Batterie mit dem ersten Pol der zweiten Batterie sowie der zweite Pol der zweiten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle verbunden. In response to or while the battery device is in a fault-free state, in step 201 the second pole of the first battery is disconnected from the load interface to the electrical load and in step 203 the second pole of the first battery is connected to the first pole of the second battery and the second pole of the second battery connected to the consumer interface.
Ansprechend oder während eines fehlerhaften Zustands der zweiten Batterie wird in einem Schritt 205 der zweite Pol der ersten Batterie von dem ersten Pol der zweiten Batterie getrennt und in einem Schritt 207 der zweite Pols der ersten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle verbunden. Ansprechend oder während eines fehlerhaften Zustands der ersten Batterie wird in dem Schritt 205 ebenfalls der zweite Pol der ersten Batterie von dem ersten Pol der zweiten Batterie getrennt, jedoch in dem Schritt 207 der erste Pol der zweiten Batterie mit der Verbraucherschnittstelle verbunden. In response to or during a faulty state of the second battery, in a step 205 the second pole of the first battery is separated from the first pole of the second battery and in a step 207 the second pole of the first battery is connected to the load interface. In response to or during a faulty state of the first battery, the second pole of the first battery is also separated from the first pole of the second battery in step 205, but in step 207 the first pole of the second battery is connected to the consumer interface.
Wenn der fehlerhafte Zustand behoben wird, können erneut der Schritt 201 , 203 ausgeführt werden. BEZUGSZEICHENLISTE When the erroneous condition is rectified, steps 201, 203 can be carried out again. REFERENCE LIST
100 Fahrzeug 100 vehicle
102 Vorrichtung 102 device
104 elektrischer Verbraucher 104 electrical consumers
106 Motor 106 engine
108 Starter 108 starters
110 erste Verbraucherschnittstelle110 first consumer interface
112 zweite Verbraucherschnittstelle112 second consumer interface
114 Generator 114 Generator
116 Batterieeinrichtung 116 battery setup
118 Schalteinrichtung 118 switching device
120 Fehlererkennungseinrichtung120 error detection device
122 erste Batterie 122 first battery
123 zweite Batterie 123 second battery
124 Laderegler 124 charge controller
126 Fehlersignal 126 error signal
130 erste Batterieschnittstelle 130 first battery interface
132 zweite Batterieschnittstelle132 second battery interface
134 dritte Batterieschnittstelle 134 third battery interface
136 vierte Batterieschnittstelle136 fourth battery interface
138 Potentialanschluss 138 potential connection
140 Generatoranschluss 140 generator connection
150 Regelsignal 150 control signal
152 Ladesignal 152 loading signal
154 Abschaltsignal 154 shutdown signal
160 Sicherungskasten 160 fuse box
201 Schritt des Trennens 201 step of separating
203 Schritt des Verbindens 203 step of connecting
205 Schritt des Trennens 205 step of separating
207 Schritt des Verbindens 207 step of connecting

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1 . Vorrichtung (102) zur Energieversorgung für ein Fahrzeug (100), wobei die Vorrichtung (102) die folgenden Merkmale aufweist: eine erste Batterie (122) und eine zweite Batterie (123); eine Fehlererkennungseinrichtung (120), die ausgebildet ist, um einen fehlerhaften Zustand zumindest einer der Batterien (122, 123) zu erkennen und ein den fehlerhaften Zustand anzeigendes Fehlersignal (126) bereitzustellen; und eine Schalteinrichtung (118) mit einer ersten Batterieschnittstelle (130), einer zweiten Batterieschnittstelle (132), einer dritten Batterieschnittstelle (134), einer vierten Batterieschnittstelle (136) und einer Verbraucherschnittstelle (112) zum Anschließen zumindest eines elektrischen Verbrauchers (104, 108) an die Vorrichtung (102), wobei die erste Batterieschnittstelle (130) mit einem ersten Pol der ersten Batterie (122), die zweite Batterieschnittstelle (132) mit einem zweiten Pol der ersten Batterie (122), die dritte Batterieschnittstelle (134) mit einem ersten Pol der zweiten Batterie (123) und die vierte Batterieschnittstelle (136) mit einem zweiten Pol der zweiten Batterie (123) verbunden ist, und wobei die Schalteinrichtung (118) ausgebildet ist, um in einem Normalzustand die zweite Batterieschnittstelle (132) von der Verbraucherschnittstelle (112) zu trennen, die zweite Batterieschnittstelle (132) mit der dritten1 . Device (102) for supplying energy for a vehicle (100), the device (102) having the following features: a first battery (122) and a second battery (123); a fault detection device (120) which is designed to detect a faulty state of at least one of the batteries (122, 123) and to provide a fault signal (126) indicating the faulty state; and a switching device (118) with a first battery interface (130), a second battery interface (132), a third battery interface (134), a fourth battery interface (136) and a load interface (112) for connecting at least one electrical load (104, 108 ) to the device (102), wherein the first battery interface (130) with a first pole of the first battery (122), the second battery interface (132) with a second pole of the first battery (122), the third battery interface (134) with a first pole of the second battery (123) and the fourth battery interface (136) is connected to a second pole of the second battery (123), and wherein the switching device (118) is designed to switch the second battery interface (132) from to separate the consumer interface (112), the second battery interface (132) with the third
Batterieschnittstelle (134) zu verbinden und die vierte Batterieschnittstelle (136) mit der Verbraucherschnittstelle (112) zu verbinden, und wobei die Schalteinrichtung (118) ausgebildet ist, um in einem Notzustand die zweite Batterieschnittstelle (132) von der dritten Batterieschnittstelle (134) zu trennen und abhängig von dem Fehlersignal (126) entweder die zweite Batterieschnittstelle (132) mit der Verbraucherschnittstelle (112) zu verbinden oder die vierte Batterieschnittstelle (136) mit der Verbraucherschnittstelle (112) zu verbinden. to connect the battery interface (134) and to connect the fourth battery interface (136) to the consumer interface (112), and wherein the switching device (118) is designed to switch the second battery interface (132) from the third battery interface (134) in an emergency separate and depending on the error signal (126) either to connect the second battery interface (132) to the consumer interface (112) or to connect the fourth battery interface (136) to the consumer interface (112).
2. Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 1 , bei der die Schalteinrichtung (118) ausgebildet ist, um den Notzustand einzunehmen, wenn das Fehlersignal (126) den fehlerhaften Zustand anzeigt. 2. Device (102) according to claim 1, in which the switching device (118) is designed to assume the emergency state when the error signal (126) indicates the faulty state.
3. Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Schalteinrichtung (118) ausgebildet ist, um in dem Notzustand die zweite Batterieschnittstelle (132) mit der Verbraucherschnittstelle (112) zu verbinden und die vierte Batterieschnittstelle (136) von der Verbraucherschnittstelle (112) zu trennen, wenn das Fehlersignal (126) einen fehlerhaften Zustand der zweiten Batterie (123) anzeigt, und die vierte Batterieschnittstelle (136) mit der Verbraucherschnittstelle (112) zu verbinden und die zweite Batterieschnittstelle (132) von der Verbraucherschnittstelle (112) zu trennen, wenn das Fehlersignal (126) einen fehlerhaften Zustand der ersten Batterie (122) anzeigt. 3. Device (102) according to one of the preceding claims, in which the switching device (118) is designed to connect the second battery interface (132) to the consumer interface (112) and the fourth battery interface (136) from the consumer interface in the emergency state (112) if the error signal (126) indicates a faulty state of the second battery (123), and to connect the fourth battery interface (136) to the consumer interface (112) and to disconnect the second battery interface (132) from the consumer interface (112 ) to disconnect when the error signal (126) indicates a faulty condition of the first battery (122).
4. Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die erste Batterie (122) und die zweite Batterie (123) als Batterien mit gleicher Nennspannung ausgeführt sind. 4. Device (102) according to any one of the preceding claims, wherein the first battery (122) and the second battery (123) are designed as batteries with the same nominal voltage.
5. Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem Generator (114), der ausgebildet ist, um in dem Notzustand seine Ladespannung auf die einer 12 V Batterie anzupassen und nur eine fehlerfreie der Batterien (122, 123) zu laden. 5. Device (102) according to one of the preceding claims, with at least one generator (114) which is designed to adapt its charging voltage to that of a 12 V battery in the emergency state and to charge only one of the batteries (122, 123) which is free of defects .
6. Fahrzeug (100) mit folgenden Merkmalen: einer Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; zumindest einem elektrischen Verbraucher (104, 108), der mit der Verbraucherschnittstelle (112) der Vorrichtung (102) verbunden ist. 6. Vehicle (100) having the following features: a device (102) according to any one of the preceding claims; at least one electrical consumer (104, 108) which is connected to the consumer interface (112) of the device (102).
7. Fahrzeug (100) gemäß Anspruch 6, bei dem der elektrische Verbraucher (104, 108) als ein Steuergerät für einen sicherheitskritischen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs (100) ausgeführt ist. 7. Vehicle (100) according to claim 6, in which the electrical consumer (104, 108) is designed as a control device for a safety-critical electrical consumer of the vehicle (100).
8. Fahrzeug (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, mit einem Motor (106), der mit einem Generator (114) der Vorrichtung (102) mechanisch gekoppelt ist. 16 8. Vehicle (100) according to claim 6 or 7, with an engine (106) which is mechanically coupled to a generator (114) of the device (102). 16
9. Verfahren zum Versorgen zumindest eines elektrischen Verbrauchers (104, 108) eines Fahrzeugs (100) mit elektrischer Energie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 9. A method for supplying at least one electrical consumer (104, 108) of a vehicle (100) with electrical energy, the method comprising the following steps:
Trennen (201 ) eines zweiten Pols einer ersten Batterie (122) von einer Verbraucherschnittstelle (112) zu dem elektrischen Verbraucher (104, 108) und Verbinden (203) des zweiten Pols der ersten Batterie (122) mit einem ersten Pol einer zweiten Batterie (123) sowie eines zweiten Pols der zweiten Batterie (123) mit der Verbraucherschnittstelle (112), ansprechend auf einen fehlerfreien Zustand der ersten Batterie (122) und der zweiten Batterie (123); und Disconnecting (201) a second pole of a first battery (122) from a consumer interface (112) to the electrical consumer (104, 108) and connecting (203) the second pole of the first battery (122) to a first pole of a second battery ( 123) and a second pole of the second battery (123) with the load interface (112), in response to a fault-free state of the first battery (122) and the second battery (123); and
Trennen (205) des zweiten Pols der ersten Batterie (122) von dem ersten Pol der zweiten Batterie (123) und Verbinden (207) des zweiten Pols der ersten Batterie (122) mit der Verbraucherschnittstelle (112) ansprechend auf einen fehlerhaften Zustand der zweiten Batterie (123) oder des zweiten Pols der zweiten Batterie (123) mit der Verbraucherschnittstelle (112) ansprechend auf einen fehlerhaften Zustand der ersten Batterie (122). Disconnecting (205) the second terminal of the first battery (122) from the first terminal of the second battery (123) and connecting (207) the second terminal of the first battery (122) to the load interface (112) in response to a fault condition of the second Battery (123) or the second pole of the second battery (123) with the consumer interface (112) in response to a faulty condition of the first battery (122).
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