WO2010079078A1 - Vorrichtung zur elektrischen versorgung elektrischer verbraucher in einem fahrzeug, insbesondere einem hybridfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur elektrischen versorgung elektrischer verbraucher in einem fahrzeug, insbesondere einem hybridfahrzeug Download PDF

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WO2010079078A1
WO2010079078A1 PCT/EP2009/067444 EP2009067444W WO2010079078A1 WO 2010079078 A1 WO2010079078 A1 WO 2010079078A1 EP 2009067444 W EP2009067444 W EP 2009067444W WO 2010079078 A1 WO2010079078 A1 WO 2010079078A1
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converter
supply
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PCT/EP2009/067444
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Edwin Eberlein
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to a device for the electrical supply of electrical consumers in a vehicle, in particular a hybrid vehicle, wherein a drive unit of the at least two drive units having vehicle Ü is supplied via a high-voltage power source.
  • Vehicles with a hybrid drive structure usually have a combustion engine as the first drive unit and as the second drive unit an electric motor.
  • the drive torque can be applied during the driving operation of the hybrid vehicle of both drive units.
  • the supply concept of a control device for a hybrid drive has a step-up converter, as is known from DE 10 2006 055 853 A1, for generating an auxiliary voltage which is generated from the low-voltage voltage supplied by a low-voltage battery.
  • This auxiliary voltage which is increased relative to the low-voltage voltage, is forwarded by the step-up converter to a forward converter, which generates from the auxiliary voltage a high-voltage voltage which is provided at its output, where the electronic power switches are connected to drive the electric motor.
  • Controller has implemented a failure of the entire server. tion of the electric motor result, which is therefore no longer available to drive the hybrid vehicle available.
  • the inventive device for supplying electrical consumers in a vehicle has the advantage that can be dispensed with energy production by a low-voltage battery while driving, since the required energy for the consumers and control units in the low-voltage side formed by the low-voltage battery from the voltage converter which is supplied by the high-voltage power source. Due to this supply from the high-voltage side, supply problems occurring on the low-voltage side have no effect during the journey. This applies to the entire ignition run, ie from switching on to after running after switching off the terminal 15. In addition, can be dispensed with the generation of an auxiliary voltage through the step-up converter, which is why the step-up converter can be omitted.
  • the low-voltage output of the voltage converter is connected to a vehicle battery via an electronic relay or an electric valve, the vehicle battery being part of a low-voltage circuit that contains the electronic consumers.
  • a drop in the battery voltage or a failure of the battery supply in the device according to the invention has no effect on the electrical load, such as the control units of the hybrid vehicle and the electric motor as a drive unit.
  • the low-voltage output voltage generated by the voltage converter at its low-voltage output is higher than the low-voltage voltage provided by the battery.
  • the operation on the low-voltage side is maintained at such a value that both a pulse inverter for driving the supplied by the high-voltage power source drive unit and the entire control electronics of the vehicle are safely supplied with energy.
  • the relay when the low-voltage output voltage is supplied by the voltage converter, the relay is switched off during normal operation, so that the
  • the low-voltage battery can be used as a redundant supply in such a case, if the voltage converter should fail.
  • the relay opens when the low voltage output voltage is higher than the low voltage of the battery. This massively reduces the conducted or radiated electromagnetic interference on the line between relay and low-voltage battery. Thus, the radio or mobile phone reception in the vehicle is significantly improved without additional shielding measures are necessary.
  • reverse polarity protection is connected in series with the relay between the battery and the relay.
  • the reverse polarity protection comprises a transistor which is blocked and only in the case of an overvoltage allows the relay to be opened. Due to the selected structure of the polarity reversal protection acting as a diode and of the relay, the circuit complexity for starting up a control device containing the device according to the invention can be easily realized.
  • a DC / DC converter is guided before the polarity reversal protection to a battery supply line.
  • the DC-DC converter which takes over the tasks of an alternator in a hybrid vehicle, is thus always in operation, even if the
  • the voltage converter has a switch which is connected to the high-voltage power source and which is opened by the high-voltage power source or by a control signal in the absence of the high-voltage voltage. This ensures that the coupling of the low-voltage circuit only takes place when the high-voltage voltage actually applied to the voltage transformer.
  • the voltage converter is connected to a second voltage converter, which provides the voltage for power electronics for operating the drive unit of the hybrid vehicle.
  • the constant low-voltage output voltage generated by the voltage converter is thereby transmitted directly without intermediate voltage. circuit of an auxiliary converter to the flow transducer. This is possible because the low-voltage output voltage is higher than the voltage provided by the low-voltage battery.
  • this low-voltage output voltage of the voltage converter is only a changed ratio of the windings of the transformer of the second voltage converter is necessary to adapt by winding changes of the applied low-voltage output voltage of the voltage converter.
  • Hybrid vehicle a drive unit of the at least two drive units having vehicle powered by a high-voltage power source.
  • the electrical system is started by a low-voltage supply and is then automatically switched over to a supply from a high-voltage system.
  • Energy generation by a low-voltage battery can be dispensed with while driving, since the required energy for the consumers and control devices in the low-voltage side formed by the low-voltage battery is provided by the voltage converter which is supplied by the high-voltage energy source. Due to this supply from the high-voltage side, supply problems occurring on the low-voltage side have no effect during the journey. This applies to the entire ignition run, ie from switching on until after running off the terminal 15.
  • Figure 1 schematic diagram for the construction of a hybrid vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 Start and shutdown method of a control device with the device according to FIG. 2 Identical features are identified by the same reference numerals.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a vehicle with a hybrid drive.
  • the hybrid drive is formed by an internal combustion engine 1 as a first drive unit and an electric motor 2 as a second drive unit.
  • the internal combustion engine 1 is connected via the drive train 3 to the transmission 4, which in turn leads via the differential 5 to the wheel axle 6 for driving the wheel 7.
  • the electric motor 2 is connected via its own drive train 8 to the transmission 4 and thus contributes to the drive of the wheels 7 and to the total torque of the vehicle.
  • the electric motor 2 has its own electric motor control unit 9, which is connected to a hybrid CAN bus 10, via which all the control units communicate with each other, which have an influence on the hybrid-specific driving operation of the vehicle.
  • the high-voltage battery 12 is connected to a not-shown power electronics of the electric motor 2 and supplies it with electrical energy.
  • a vehicle control unit 13 communicates via the hybrid CAN bus 10 with the electric motor control unit 9 connected thereto and with the battery management system 1 1. In addition, it is provided via the CAN bus 14, among others. with a climate control unit 15, a navigation control unit 21 and other not shown control units of the vehicle connected. All mentioned control devices are over one
  • the CAN bus 14 is connected to a gateway CAN bus 17, via which the individual bus systems of the vehicle communicate with one another.
  • the engine control unit 18 of the internal combustion engine 1 is connected to the vehicle control unit 13 via the gateway CAN bus 17 and the CAN bus 14.
  • the vehicle control unit 13 is connected to an accelerator pedal sensor 19 and a vehicle speed sensor 20, from which the vehicle control unit 13 receives information about the current operating parameters for vehicle operation.
  • This electric motor control unit 9 has an input circuit 22 which, connected in series, comprises a polarity reversal protection 23 and an electronic main relay 24.
  • This input circuit 22 is connected within the electric motor control unit 9 with a flyback converter 25, an auxiliary circuit 26 for providing an auxiliary voltage for a computing unit, not shown, as well as with a forward converter 27.
  • the flyback converter 25 and the forward converter 27 form a galvanic isolation between the drive of the electric motor 2 and the low-voltage circuit.
  • the flyback converter 25 is connected to its primary circuit 29 at a Hochvoltspan- ubensmakers 28 and includes a transistor 30.
  • the voltage applied to the primary circuit 29 Hochvolt beautim HV is 280 V and is provided by the high-voltage battery 12.
  • At the output of the secondary circuit 31 of the flyback converter 25 is a low-voltage output DC voltage U BAT ⁇ of, for example, 30 V, to which the high-voltage DC voltage HV is transformed.
  • the low-voltage output DC voltage U BATz is fed to the auxiliary circuit 26, whose input is connected to an internal pre-regulator voltage for generating different supply voltages VPR and the internal control unit ground GND.
  • the low-voltage output DC voltage U ßATz 3uf is guided to the forward converter 27, whose outputs V G ⁇ +; GND G ⁇ and V G ⁇ - of the secondary circuit 32 provide the supply of the drive circuit of the power transistors of the electric motor 2, not shown.
  • V G ⁇ + represents the positive supply of the gate driver circuit of the power transistors and V GT the negative supply of the gate driver circuit on the high voltage side.
  • the ground of the gate driver circuit is marked GNDQ T .
  • the plus supply BAT + 12 V vehicle battery 35 the negative supply BAT - is grounded to the auxiliary circuit 26 and the primary circuit 33 of the flow meter 27.
  • the plus supply line BAT + 12 V vehicle battery also a task of the alternator DC-DC converter 34 is connected.
  • the terminal 15 of the hybrid vehicle is switched off, which means that the entire electrical system is switched off.
  • activation of the controller occurs e.g. through terminal 15, so that the main relay 24 turns on (block 103).
  • block 104 it is checked whether a sufficiently high
  • Supply voltage for the arithmetic unit of the control unit 9 is available. If this is the case, the control signal of the arithmetic unit is released and the arithmetic unit starts up.
  • the voltage U BAT ⁇ is compared with the voltage of the vehicle battery UB. If this is higher than the battery voltage UB, the relay 24 is in the locked state. This activates an overvoltage recovery mechanism.
  • the low-voltage output DC voltage U BAT ⁇ sn whereby the gate supply V G ⁇ +, V G ⁇ - and GND G ⁇ of the power transistors for driving the electric motor 2 is provided and the vehicle takes up the driving operation (block 107) .
  • the low-voltage output DC voltage U BATZ of the flyback converter 25 remains at 30 V. (block 108). If a voltage dip occurs in block 109 at the designated input of the input circuit, which can occur, for example, as a result of a fuse break, reverse polarity protection 23 prevents a voltage dip.
  • the constant low-voltage output DC voltage U BAT ⁇ is maintained during the entire driving operation by the flyback converter and the forward converter 27 is supplied directly to it.
  • the terminal 15 of the vehicle is turned off, whereby it comes in block 11 1 to follow the electric motor control unit 9.
  • the gate supplies V G ⁇ +, V G ⁇ - and GND G ⁇ of the power transistors are disabled.
  • the overvoltage recovery mechanism is deactivated (block 1 13).
  • the flyback converter is then deactivated by switching off the high-voltage supply 28 by the battery management system 11.
  • the arithmetic unit moves down and the main relay is opened because now the battery voltage UB is higher than the low voltage output DC voltage.
  • the system is turned off.
  • the DC-DC converter 34 takes over the power supply of the electrical consumers 9, 11, 13, 15, 18, 21 in the low-voltage circuit.
  • the low-voltage battery is only required for po- was-up (terminal 15 on). While driving the vehicle can be dispensed with this low-voltage battery.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere eines Hybridfahrzeuges, wobei ein Antriebsaggregat (2) des mindestens zwei Antriebsaggregate (1, 2) aufweisenden Fahrzeuges über eine Hochvoltenergiequelle (12) versorgt wird. Bei einer Vorrichtung, bei welcher auf eine Energieversorgung durch eine Niedervoltbatterie verzichtet werden kann, wird ein Spannungswandler (25) elektrisch von der Hochvoltenergiequelle (12) des Fahrzeuges versorgt, welcher eine von der Hochvoltenergiequelle (12) erzeugte Hochvolteingangsspannung (HV) in eine Niedervoltausgangsspannung (UBATz) umwandelt, welche an die elektrischen Verbraucher (9,11,13,15, 18, 21) führt.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug, wobei ein Antriebsaggregat des mindestens zwei Antriebsaggregate aufweisenden Fahrzeuges ü- ber eine Hochvoltenergiequelle versorgt wird.
Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen meistens einen Verbrennungs- motor als erstes Antriebsaggregat und als zweites Antriebsaggregat einen Elektromotor auf. So kann das Antriebsmoment während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges von beiden Antriebsaggregaten aufgebracht werden.
Das Versorgungskonzept eines Steuergerätes für einen Hybridantrieb weist einen Step-up-Wandler, wie er aus der DE 10 2006 055 853 A1 bekannt ist, zur Erzeugung einer Hilfsspannung auf, welche aus der von einer Niedervoltbatterie gelieferten Niedervoltspannung erzeugt wird. Diese gegenüber der Niedervoltspannung erhöhte Hilfsspannung wird von dem Step-up-Wandler an einen Durchflusswandler weitergeleitet, welcher aus der Hilfsspannung eine Hochvoltspannung erzeugt, die an seinem Aus- gang bereitgestellt wird, wo die elektronischen Leistungsschalter zur Ansteuerung für den Elektromotor angeschlossen sind.
Bei fehlender Versorgung durch die Niedervoltbatterie, was beispielsweise durch Ansprechen einer Sicherung während der Fahrt auftreten kann, fällt die gesamte Versor- gung für die im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräte aus. Der Ausfall des in dem
Steuergerät implementierten Rechnerkerns hat einen Ausfall der gesamten Ansteue- rung des Elektromotors zur Folge, welcher somit nicht mehr zum Antrieb des Hybridfahrzeuges zur Verfügung steht.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug weist den Vorteil auf, dass auf eine Energieerzeugung durch eine Niedervoltbatterie während der Fahrt verzichtet werden kann, da die erforderliche Energie für die Verbraucher und Steuergeräte in der von der Niedervoltbatterie gebildeten Nieder- voltseite von dem Spannungswandler bereitgestellt wird, welcher von der Hochvoltenergiequelle versorgt wird. Durch diese Versorgung aus der Hochvoltseite haben auf der Niedervoltseite auftretende Versorgungsprobleme während der Fahrt keinerlei Auswirkungen. Dies gilt für den gesamten Zündungslauf, also vom Einschalten bis zum Nachlaufen nach Abschalten der Klemme 15. Darüber hinaus kann auf die Erzeugung einer Hilfsspannung durch den Step-up-Wandler verzichtet werden, weshalb der Step- up-Wandler entfallen kann.
In einer Weiterbildung ist der Niedervoltausgang des Spannungswandlers mit einer Fahrzeugbatterie über ein elektronisches Relais oder ein elektrisches Ventil verbun- den, wobei die Fahrzeugbatterie Bestandteil eines Niedervoltstromkreises ist, der die elektronischen Verbraucher enthält. Ein Absinken der Batteriespannung bzw. ein Ausfall der Batterieversorgung hat bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Auswirkungen auf die elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise die Steuergeräte des Hybridfahrzeuges und den Elektromotor als Antriebaggregat.
In einer Ausgestaltung ist die von dem Spannungswandler an seinem Niedervoltausgang erzeugte Niedervoltausgangsspannung höher als die von der Batterie bereitgestellte Niedervoltspannung. Mittels der bereitgestellten konstanten Spannung des Spannungswandlers wird der Betrieb auf der Niedervoltseite auf einem solchen Wert gehalten, dass sowohl ein Pulswechselrichter zum Ansteuern des durch die Hochvoltenergiequelle versorgten Antriebsaggregates als auch die komplette Steuerelektronik des Fahrzeuges sicher mit Energie versorgt werden.
Vorteilhafterweise ist bei Bereitstellung der Niedervoltausgangspannung durch den Spannungswandler das Relais im Normalbetrieb sperrend geschaltet, so dass die
Spannungsversorgung des Niedervoltkreises allein durch den Spannungswandler ü- bernommen wird, auch wenn die Niedervoltbatterie sich noch im Einsatz befindet. Die Niedervoltbatterie kann in einem solchen Fall als redundante Versorgung genutzt werde, falls der Spannungswandler ausfallen sollte.
Das Relais öffnet, wenn die Niedervoltausgangsspannung höher ist als die Niedervoltspannung der Batterie. Dies reduziert massiv die leitungsgebunden geführten bzw. abgestrahlten elektromagnetischen Störungen auf der Leitung zwischen Relais und Niedervoltbatterie. Somit wird der Radio- bzw. Handyempfang im Fahrzeug wesentlich verbessert, ohne dass zusätzliche Abschirmmaßnahmen notwendig sind.
In einer Weiterbildung ist zwischen der Batterie und dem Relais ein Verpolschutz in Reihe zum Relais geschaltet. Der Verpolschutz umfasst einen Transistor, welcher gesperrt ist und nur im Fall einer Überspannung zulässt, dass das Relais geöffnet wird. Durch die gewählte Struktur von dem als Diode wirkenden Verpolschutz und des Re- lais kann der Schaltungsaufwand zum Hochlaufen eines die erfindungsgemäße Vorrichtung enthaltenden Steuergerätes einfach realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein DC/DC-Wandler vor dem Verpolschutz an eine Batteriezuleitung geführt. Der DC-DC-Wandler, welcher in einem Hybridfahrzeug die Aufgaben einer Lichtmaschine übernimmt, ist somit immer im Betrieb, auch wenn die
Niedervoltbatterie ausgefallen ist. Fällt der Spannungswandler aus, sinkt die Niedervoltausgangsspannung des Spannungswandlers. Liegt diese unterhalb der Batteriespannung wird das Relais wieder leitend und der Umrichterbetrieb des Spannungswandlers wird eingestellt. Als Konsequenz daraus erfolgt ein reiner DC-DC-Wandler- Betrieb für die Energieversorgung der im Niedervoltkreis liegenden Verbraucher.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Spannungswandler einen Schalter auf, welcher mit der Hochvoltenergiequelle verbunden ist und welcher bei Ausbleiben der Hochvoltspannung von der Hochvoltspannungsquelle oder durch ein Steuersignal ge- öffnet ist. Damit wird sichergestellt, dass die Ankopplung des Niedervoltkreises nur erfolgt, wenn an dem Spannungswandler die Hochvoltspannung auch tatsächlich anliegt.
Vorteilhafterweise ist der Spannungswandler mit einem zweiten Spannungswandler verbunden, welcher die Spannung für eine Leistungselektronik zum Betreiben des An- triebsaggregates des Hybridfahrzeuges bereitstellt. Die von dem Spannungswandler erzeugte konstante Niedervoltausgangsspannung wird dabei direkt ohne Zwischen- schaltung eines Hilfswandlers an den Durchflusswandler geleitet. Dies ist möglich, da die Niedervoltausgangsspannung höher ist als die von der Niedervoltbatterie bereitgestellte Spannung. Je nachdem wie hoch diese Niedervoltausgangsspannung des Spannungswandlers ist, ist nur ein geändertes Übersetzungsverhältnis der Wicklungen des Transformators des zweiten Spannungswandlers notwendig, um sich durch Wicklungsänderungen der anliegenden Niedervoltausgangspannung des Spannungswandlers anzupassen.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird bei einem Verfahren zur elektri- sehen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere einem
Hybridfahrzeug, ein Antriebsaggregat des mindestens zwei Antriebsaggregate aufweisenden Fahrzeuges über eine Hochvoltenergiequelle versorgt. Um die Energieversorgung des Fahrzeuges während der Fahrt optimal zu gestalten, erfolgt der Start des e- lektrischen Systems durch eine Niedervoltversorgung und wird dann selbständig auf eine Versorgung aus einem Hochvoltsystem umgeschaltet. Auf eine Energieerzeugung durch eine Niedervoltbatterie kann während der Fahrt verzichtet werden, da die erforderliche Energie für die Verbraucher und Steuergeräte in der von der Niedervoltbatterie gebildeten Niedervoltseite von dem Spannungswandler bereitgestellt wird, welcher von der Hochvoltenergiequelle versorgt wird. Durch diese Versorgung aus der Hochvoltsei- te haben auf der Niedervoltseite auftretende Versorgungsprobleme während der Fahrt keinerlei Auswirkungen. Dies gilt für den gesamten Zündungslauf, also vom Einschalten bis zum Nachlaufen nach Abschalten der Klemme 15.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : Prinzipdarstellung für den Aufbau eines Hybridfahrzeuges
Figur 2: Prinzipdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 3: Start- und Abschaltverfahren eines Steuergerätes mit der Vorrichtung gemäß Figur 2 Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb. Der Hybridantrieb wird von einem Verbrennungsmotor 1 als erste Antriebseinheit und ei- nem Elektromotor 2 als zweite Antriebseinheit gebildet.
Der Verbrennungsmotor 1 ist über den Antriebsstrang 3 mit dem Getriebe 4 verbunden, welches wiederum über das Differential 5 auf die Radachse 6 zum Antrieb des Rades 7 führt.
Der Elektromotor 2 ist über einen eigenen Antriebsstrang 8 mit dem Getriebe 4 verbunden und trägt damit zum Antrieb der Räder 7 und zum Gesamtdrehmoment des Fahrzeuges bei. Darüber hinaus verfügt der Elektromotor 2 über ein eigenes Elektromotorsteuergerät 9, welches an einen Hybrid CAN-Bus 10 angeschlossen ist, über welchen alle die Steuergeräte miteinander kommunizieren, die Einfluss auf den hybridspezifischen Fahrbetrieb des Fahrzeuges haben. Dazu gehört unter anderem das Batteriemanagementsystem 11 einer Hochvoltbatterie 12. Die Hochvoltbatterie 12 ist mit einer nicht weiter dargestellten Leistungselektronik des Elektromotors 2 verbunden und versorgt diesen mit elektrischer Energie.
Ein Fahrzeugsteuergerät 13 kommuniziert über den Hybrid CAN Bus 10 mit dem daran angeschlossenen Elektromotorsteuergerät 9 und dem Batteriemanagementsystem 1 1. Darüber hinaus ist es über den CAN Bus 14 u.a. mit einem Klima-Steuergerät 15, einem Navigationssteuergerät 21 und anderen nicht weiter dargestellten Steuergerä- ten des Fahrzeuges verbunden. Alle genannten Steuergeräte werden über einen
Niedrigspannungskreis durch einen DC-DC-Wandler elektrisch versorgt.
Über ein Gateway 16 steht der CAN Bus 14 mit einem Gateway CAN Bus 17 in Verbindung, über welchen die einzelnen Bussysteme des Fahrzeuges miteinander kom- munizieren.
Das Motorsteuergerät 18 des Verbrennungsmotors 1 ist über den Gateway-CAN Bus 17 und den CAN Bus 14 mit dem Fahrzeugsteuergerät 13 verbunden. Das Fahrzeugsteuergerät 13 ist mit einem Fahrpedalgeber 19 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsgeber 20 verbunden, von welchem das Fahrzeugsteuergerät 13 Informationen über die aktuellen Betriebsparameter für den Fahrzeugbetrieb erhält.
Das Elektromotorsteuergerät 9 soll im Weiteren mit Hilfe von Figur 2 näher erläutert werden. Dieses Elektromotorsteuergerät 9 weist eine Eingangsschaltung 22 auf, welche in Reihe geschaltet einen Verpolschutz 23 und ein elektronisches Hauptrelais 24 umfasst. Diese Eingangsschaltung 22 ist innerhalb des Elektromotorsteuergerätes 9 mit einem Sperrwandler 25, einer Hilfsschaltung 26 zur Bereitstellung einer Hilfs- Spannung für eine nicht weiter dargestellte Recheneinheit sowie mit einem Durchflusswandler 27 verbunden.
Der Sperrwandler 25 und der Durchflusswandler 27 bilden eine galvanische Trennung zwischen dem Antrieb des Elektromotors 2 und dem Niederspannungskreis.
Der Sperrwandler 25 liegt mit seinem Primärstromkreis 29 an einer Hochvoltspan- nungsversorgung 28 und enthält einen Transistor 30. Die am Primärstromkreis 29 anliegende Hochvoltgleichspannung HV beträgt 280 V und wird von der Hochvoltbatterie 12 bereitgestellt. Am Ausgang des Sekundärkreises 31 des Sperrwandlers 25 liegt eine Niedervoltausgangsgleichspannung UBAT∑ von beispielsweise 30 V an, auf weiche die Hochvoltgleichspannung HV transformiert wird.
Die Niedervoltausgangsgleichspannung UBATz ist an die Hilfsschaltung 26 geführt, deren Eingang mit einer internen Vorreglerspannung zur Erzeugung unterschiedlicher Versorgungsspannungen VPR und der internen Steuergerätemasse GND verbunden ist.
Weiterhin wird die Niedervoltausgangsgleichspannung UßATz3uf den Durchflusswandler 27 geführt, dessen Ausgängen VGτ+; GND Gτ und V Gτ- des Sekundärkreises 32 die Versorgung der Ansteuerschaltung der nicht weiter dargestellten Leistungstransistoren des Elektromotors 2 bereitstellen. VGτ+ stellt dabei die Plus-Versorgung der Gate- Treiber-Schaltung der Leistungstransistoren und VGT- die Minus-Versorgung der Gate- Treiber-Schaltung auf der Hochspannungsseite dar. Die Masse der Gate-Treiber- Schaltung ist mit GNDQT gekennzeichnet. Am Eingang der Eingangsschaltung 22, direkt am Verpolschutz 23, liegt die Plusversorgung BAT + der 12 V-Fahrzeugbatterie 35, deren Minusversorgung BAT - an Masse mit der Hilfsschaltung 26 und dem Primärkreis 33 des Durchflussmessers 27 liegt. An der Plusversorgungsleitung BAT + der 12 V Fahrzeugbatterie ist außerdem ein die Aufgaben der Lichtmaschine übernehmender DC-DC-Wandler 34 angeschlossen.
Die Wirkungsweise der Schaltung soll nun im Zusammenhang mit Figur 3 an dem Start- und Abschaltverfahren des Motorsteuergerätes 9 über einen vollständigen Zündungslauf erläutert werden.
Im Block 101 ist zunächst die Klemme 15 des Hybridfahrzeuges ausgeschaltet, was bedeutet, dass das gesamte elektrische System abgeschaltet ist. Im Block 102 erfolgt die Aktivierung des Steuergerätes z.B. durch Klemme 15, so dass das Hauptre- lais 24 einschaltet (Block 103). Im Block 104 wird geprüft, ob eine genügend hohe
Versorgungsspannung für die Recheneinheit des Steuergerätes 9 zur Verfügung steht. Ist dies der Fall wird das Steuersignal der Recheneinheit freigegeben und die Recheneinheit fährt hoch.
Anschließend wird im Block 105 der als Step-down-Wandler arbeitende Sperrwandler
25 freigegeben. Dies erfolgt dadurch, dass die Hochvoltspannung HV durch das Bat- teriemanagementsystemi 1 freigegeben wird. Liegt diese Hochvoltgleichspannung HV an dem Primärkreis 29 des Sperrwandlers 25 an, wird der Transistor 30 geöffnet und die Spannungsumformung erfolgt von HV = 280 V auf UBAT∑ = 30 V an der Sekundär- seite 31 des Sperrwandlers 25. Ein Rückstrom in die Niedervoltbatterie wird durch den als Diode geschalteten Verpolschutz 23 verhindert.
Im Block 106 wird die Spannung UBAT∑ mit der Spannung der Fahrzeugbatterie UB verglichen. Ist diese höher als die Batteriespannung UB, befindet sich das Relais 24 im gesperrten Zustand. Dadurch wird ein Mechanismus zur Behebung von Überspannungen aktiviert.
Am Durchflusswandler 27 liegt die Niedervoltausgangsgleichspannung UBAT∑ sn, wodurch die Gate-Versorgung VGτ+, VGτ- und GNDGτ der Leistungstransistoren zum Antrieb des Elektromotors 2 bereitgestellt wird und das Fahrzeug den Fahrbetrieb auf- nimmt (Block 107). Während des Fahrbetriebes kann es zu einer Überspannung an dem Eingang der Eingangsschaltung 22 kommen, an welchem die Plusversorgung BAT+ der 12V Fahrzeugbatterie liegt. In diesem Fall bleibt die Niedervoltausgangsgleichspannung UBATZ des Sperrwandlers 25 auf 30 V. (Block 108). Tritt im Block 109 ein Spannungs- einbruch an dem bezeichneten Eingang der Eingangsschaltung auf, was beispielsweise durch einen Sicherungsbruch auftreten kann, verhindert der Verpolschutz 23 einen Spannungseinbruch. Somit wird während des gesamten Fahrbetriebes durch den Sperrwandler die konstante Niedervoltausgangsgleichspannung UBAT∑ aufrecht erhalten und der Durchflusswandler 27 wird direkt damit versorgt.
Im Block 110 wird die Klemme 15 des Fahrzeuges ausgeschaltet, wodurch es im Block 11 1 zum Nachlauf des Elektromotorsteuergerätes 9 kommt. Anschließend werden im Block 112 die Gate-Versorgungen VGτ+, VGτ- und GNDGτ der Leistungstransistoren gesperrt. Der Mechanismus zur Behebung von Überspannungen wird deakti- viert (Block 1 13). Im Block 1 14 wird anschließend der Sperrwandler deaktiviert, indem die Hochspannungsversorgung 28 durch das Batteriemanagementsystem 11 abgeschaltet wird. Die Recheneinheit fährt runter und das Hauptrelais wird geöffnet, da jetzt die Batteriespannung UB höher ist als die Niedervoltsausgangsgleichspannung. Im Block 115 ist das System abgeschaltet.
Fällt der Sperrwandler 25 während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges aus, übernimmt der DC-DC-Wandler 34 die Energieversorgung der elektrischen Verbraucher 9, 1 1 , 13, 15, 18, 21 im Niedervoltkreis.
Auf Grund der beschriebenen Vorgehensweise ist die Niedervoltbatterie nur zum po- wer-up (Klemme 15 ein) notwendig. Während der Fahrt des Fahrzeuges kann auf diese Niedervoltbatterie verzichtet werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug, wobei ein Antriebsaggregat (2) des mindestens zwei Antriebsaggregate (1 , 2) aufweisenden Fahrzeuges über eine
Hochvoltenergiequelle (12) versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswandler (25) elektrisch von der Hochvoltenergiequelle (12) des Hybridfahrzeuges versorgt wird, welcher eine von der Hochvoltenergiequelle (12) erzeugte Hochvolteingangsspannung (HV) in eine Niedervoltausgangsspannung (UBAT∑) umwandelt, welche an die elektrischen Verbraucher (9,1 1 ,13,15, 18, 21 ) führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltausgang des Spannungswandlers (25) mit einer Fahrzeugbatterie (35) über ein elektronisches Relais (24) oder ein elektrisches Ventil verbunden ist, wobei die Fahr- zeugbatterie (35) Bestandteil eines Niedervoltstromkreises ist, der die elektronischen Verbraucher (9,11 ,13,15, 18, 21 ) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Spannungswandler (25) an seinem Niedervoltausgang erzeugte Niedervoltausgangs- Spannung (UBAT∑) höher ist als die von der Fahrzeugbatterie (35) bereitgestellte
Niedervoltspannung.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei Bereitstellung der Niedervoltausgangspannung (UBAT∑) durch den Spannungswandler (25) das Relais (24) im Normalbetrieb sperrend geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (24) öffnet, wenn die Niedervoltausgangsspannung (UBAT∑) höher ist als die Niedervoltspannung der Fahrzeugbatterie (35).
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fahrzeugbatterie (35) und dem Relais (24) ein Verpolschutz (23) in Reihe zum Relais (24) geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein
DC/DC-Wandler (34) vor dem Verpolschutz (23) an eine Batteriezuleitung (BAT+) geführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (25) einen Schalter (30) aufweist, welcher mit der Hochvoltenergiequelle (12) verbunden ist und welcher bei Ausbleiben der Hochvoltspannung (HV) von der Hochvoltspannungsquelle (12) oder durch ein Steuersignal geöffnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (25) mit einem zweiten Spannungswandler (27) verbunden ist, welcher die Spannung (VGτ+, VGτ-) für eine Leistungselektronik zum Betreiben des Antriebsaggregates (2) des Fahrzeuges bereitstellt.
10. Verfahren zur elektrischen Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug, wobei ein Antriebsaggregat (2) des mindestens zwei Antriebsaggregate (1 , 2) aufweisenden Fahrzeuges über eine Hochvoltenergiequelle (12) versorgt wird dadurch gekennzeichnet, dass der Start des elektrischen Systems durch eine Niedervoltversorgung erfolgt und dann selb- ständig auf eine Versorgung aus einem Hochvoltsystem umgeschaltet wird.
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