WO2014086651A2 - Verfahren zum gesteuerten verbinden mehrerer bordnetzzweige eines fahrzeugs, steuereinheit zur ausführung des verfahrens sowie bordnetz - Google Patents

Verfahren zum gesteuerten verbinden mehrerer bordnetzzweige eines fahrzeugs, steuereinheit zur ausführung des verfahrens sowie bordnetz Download PDF

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WO2014086651A2
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system branch
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Dirk Reichow
Peter Völkl
Tobias Galli
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles

Definitions

  • control unit for carrying out the method and on-board network
  • the invention relates to the field of vehicle power supply, and more particularly relates to a method and a control unit that allows a stabilized power supply.
  • vehicle electrical systems are provided in motor vehicles.
  • Some types of consumers are particularly sensitive to voltage dips or voltage peaks in the supply voltage, such as on-board electronics or the lighting. If such sensitive consumers are exposed to a voltage dip or a voltage spike, their function can be at least partially impaired.
  • the operation of the vehicle may be impaired and / or there are undesirable side effects such as a brief darkening of the illumination of the motor vehicle.
  • dynamic electric consumers are present in particular in modern vehicles, whose operation can cause a strong voltage dip, such as a starter motor of a start / stop module or a drive of an electric steering, as used in parking assistants.
  • these dynamic consumers are also activated during operation of the vehicle and not only during the first cold start or when parking the vehicle. Since the operation is to be ensured between the first cold start and the final shutdown of the vehicle, in ⁇ example, in the document DE 10248658 B4 proposed to provide for vehicle electrical system stabilization of a vehicle with start / stop module in addition to the usual Bordnetzakkumulator another energy storage in the Voltage dip is used for support.
  • a switch not described in detail between the usual lead-acid battery and the second energy storage wherein a voltage spike resulting from the switching is cushioned by a power distribution distributor ⁇ .
  • the power distributor is based on a pulse width modulated circuit breaker.
  • the second energy storage is operated by a DC-DC converter, so that the total cost of power components for on-board network stabilization is high. The solution proposed in the document is therefore associated with high costs.
  • the invention makes it possible in a simple manner to stabilize a vehicle electrical system even with electrical consumers with strong consumption dynamics. It ensures that switching operations required in the context of stabilization pose no danger can arise.
  • existing energy storage devices are used effectively.
  • costs, space and weight can be saved over the prior art.
  • numerous power devices can be saved, which are associated with high costs and high dissipated heat.
  • a much more robust and reliable network stabilization can be realized, in which in particular an overload of an additional energy store and / or at least one other components in the vehicle electrical system branches is avoided.
  • the invention further allows an extremely fast connection of additional electrical energy, which can be realized even with widely varying current requirement by the consumer, a uniform voltage supply.
  • the components used to control and control are equally inexpensive and efficient in their function.
  • a first electrical system branch comprises a dyna ⁇ mix consumer who can cause voltage fluctuations due to high and especially of sudden power consumption.
  • a second electrical system branch comprises an electric power storage, such as a lithium battery or a
  • Supercapacitor arrangement with at least one supercapacitor
  • the supercapacitor arrangement may comprise one or more supercapacitors, with several supercapacitors being able to be connected in parallel and preferably serially
  • a third vehicle electrical system branch comprises the at least one sensitive Ver ⁇ consumers, in particular electrical appliances, whose function is affected by voltage dips and voltage spikes, such as on-board electronics (eg. Motor control or ECU, engine control unit) or the indoor or outdoor lighting.
  • Sensitive consumers are electrical consumers. stands opposed to voltage drops (or surges) are sensitive and which can cause voltage dips ⁇ malfunction particular, or consumer, the function must be maintained for safety reasons. Sensitive consumers are therefore consumers whose function is sensitive to voltage dips or overshoots, or whose function is relevant to safety during operation of the vehicle.
  • a first power storage is provided, such as a starter battery and in particular a lead-acid battery.
  • the power storage in the second electrical system branch is called second power storage.
  • power memory means that these memories are intended for the operation of power electronics or power electronics.
  • the power memories store electrical energy.
  • the first vehicle electrical system branch with the third vehicle electrical system branch is electrically ge ⁇ coupled, so that the sensitive load from the first Leis ⁇ tung memory (or from an electric generator, which loads the first power memory) is supplied.
  • an electric generator is provided in the first electrical system branch and preferably in the third electrical system branch, in particular an alternator, which is driven by an internal combustion engine of the vehicle. In normal operation, the generator runs for continuous charging of the first power storage, whereby the sensitive consumer receives a substantially constant vehicle electrical system voltage.
  • Power memories have a nominal peak current of at least 10 A, preferably at least 50 A, 100A and more preferably at least 200A, 500A or 1200A.
  • the first power memory may be a long-life power storage such as a lead acid battery sized like a starter battery, or may be another electrochemical or electrostatic energy storage. This also applies to the second performance memory.
  • the second power storage can be a short term memory in a specific embodiment, the capacitance of which is significantly lower, by about a factor of at least 2, 10, or 20 or more preferably at least 50 or 100, than the Ka ⁇ capacity of the first power storage.
  • the second power ⁇ memory may for example be a supercapacitor or a lead or NiMH accumulator.
  • the first performance memory may be, for example, a lead or
  • Supercapacitor arrangement as first or second power storage this preferably has a capacity of at least 50 F, 300 F, 500 F, 1000 F, preferably of at least 5000 F, 10000 F or 12000 F.
  • a voltage dip is detected and treated as follows. If the dynamic load, ie, for example, an electric starter motor or an electric steering drive, activated, it may be that the energy supplied by the first power storage and also by the generator is insufficient to prevent significant voltage dips ver ⁇ .
  • the direct connection between the dynamic load, ie the interferer, on the one hand, and the sensitive consumer on the other hand, is separated in order to prevent the influence on the sensitive consumer in the third electrical system branch by the dynamic load in the first electrical system branch. So that this separation of the direct connection does not lead to a lack of power in the third electrical system branch in which the sensitive consumer is located, the second on-board network branch is connected, in which the second power memory is located.
  • a similar approach provides that the Ver ⁇ hindrance of a voltage dip the second vehicle electrical system branch is switched to the first vehicle electrical system branch, wherein a connection between the first and third vehicle electrical system branch remains and is switched to the energy store of the first vehicle electrical system branch of the energy store of the second vehicle electrical system branch in series.
  • the two above-mentioned procedures have in common that the second electrical system branch is connected to the third electrical system branch.
  • the first electrical system branch is completely disconnected as part of the connection of the second electrical system branch, see réellege ⁇ called approach, or not completely, see the second ⁇ called approach.
  • the Sub ⁇ stratdiode when fully open the source with the
  • Drain connection connects.
  • the second electrical system branch can be connected to the third electrical system branch by means of a switching device for the purpose of supplying or supporting, so that the operating voltage in the third electrical system branch corresponds to the voltage at the second power memory. In particular, it is switched on by parallel connection.
  • the second power storage can be connected in series, so that the voltage in the third electrical system branch corresponds to the voltage resulting from a series connection of the first power storage and the second power storage.
  • the first power storage may be connected to ground, while the second power storage is connected to the positive pole of the first power storage and the positive electrical system potential of the third electrical system, or vice versa.
  • the first power storage can be connected to the positive electrical system potential, while the second power storage is connected to ground and to the negative terminal of the first power storage.
  • the second power storage can thus be switched on with respect to the potential below or above the first power storage.
  • the parallel connection can be used as a current support of the third electrical system branch by the second module. storage memory.
  • the series circuit can be considered as a support of the operating voltage in the third electrical system branch by the second power storage. In the case of a voltage dip especially in the third
  • the second on-board network branch (that is, the second power memory) is thus switched on.
  • the connection is realized by means of a switch, preferably by means of an electronic switch, for example based on MOSFETs as a switching device.
  • MOSFETs for example based on MOSFETs as a switching device.
  • Switching devices is realized, which are opened and closed alternately. Protective mechanisms are provided to prevent the two switching devices from being closed (or opened) at the same time.
  • Such a protection mechanism or reliable control mechanism for the two switching devices is one of the essential aspects of the subject matter considered here. It is provided that the two switching devices are each driven by a drive device. One of the control devices receives a switching state signal from the other of the two control devices in order to prevent simultaneous closure. The switching state ⁇ signal indicates the switching state of a switching device again, so that at the drive device of the other
  • Switching device is the information as to whether the former switching device is actually closed or opened, or not.
  • the information is present as to whether the first drive device actually actuates the first switching device for closing or opening.
  • the driving devices can be considered as drivers and can be realized, for example, as gate drivers for power MOSFETs.
  • This mechanism can be implemented without the use of (additional) power devices equally simple and reliable security mechanisms that prevent overcharging of the first power storage, overcurrent to the power storage or overload of the switching devices or a vehicle network collapse.
  • the driving device receiving the switching state signal controls the one
  • Switching device which is set up for the connection or disconnection of the second electrical system branch.
  • a method is therefore described for the controlled connection of several on-board network branches of a vehicle electrical system.
  • the electrical system whose electrical system branches are connected controlled, is preferably ⁇ the electrical system of a vehicle.
  • the controlled connection relates to the controlled separation and producing a lei ⁇ border connection between electrical systems branches.
  • On-board network branches in particular comprise a first, a second, a third on-board network branch, which may be designed as described here. If a nominal or uncritical state of supply exists in the third electrical system branch, electrical power is exchanged between the first on-board network branch and the third vehicle electrical system branch. The power is exchanged between the first and the third electrical system branch via a first switching device. The first switching device connects the first and the third electrical system branch electrically coupled.
  • a nominal state of supply is a state in which the current, the voltage and / or the
  • Temperature and in particular the state of charge (SOC) or the life state (SOH) of the energy storage (and in particular the individual cells or individual capacitors of the energy storage) are within standard intervals, which reflect the dimensioning of the power storage.
  • energy from a generator in the third electrical system branch is supplied to a first power supply.
  • supply storage in the first electrical system branch supplied, in particular electrical energy for charging the energy storage.
  • electrical energy from the first electrical system branch can be transmitted to the third, about to support the generator in the third electrical system branch, so that a sensitive consumer in the third electrical system branch receives electrical energy from the generator in the third electrical system branch and / or from the first electrical system branch, in particular transient or short-term energy surges.
  • a critical state of supply occurs in particular when at the sensitive consumer in the third electrical system branch, d. H. in the third electrical system branch itself, too low a voltage occurs, in particular a voltage dip. This is caused by a dynamic load in the first (or in the third) on-board network branch, for example a starter or an electric steering. If a critical supply state is present, electrical power is exchanged between the second electrical system branch and the third electrical system branch.
  • the power is replaced in this case via a second switching device.
  • the second switching device connects the second and the third electrical system branch electrically coupled. Before connecting through the second switching device, the first switching device is preferably opened. In particular, electrical energy is supplied from the second electrical system branch to the third electrical system branch via the second
  • the second electrical system branch serves as an additional energy source to support the third electrical system branch and to achieve a higher operating voltage safety there.
  • the first on-board network branch is disconnected from the third on-board network branch in order to supply dynamic consumers, ie. H. Disturber to disconnect in the first electrical system branch of the third Bordnetzzweig, in which there are sensitive consumers.
  • the supply state is monitored in the third Bordnetzzweig. There are different ones Ways to the supply state in the third
  • Monitor electrical system branch These are shown below and particularly affect a voltage monitoring in the third Bornetzzweig or a monitoring of the current flowing through the first switching device and in particular of the third in the first board network branch or vice versa or their temporal gradient.
  • the supply state of at least ⁇ a sensitive consumer is monitored in the third vehicle electrical system branch.
  • the supply state in the first or third vehicle electrical system branch can be monitored at ⁇ example by monitoring the voltage in the vehicle electrical system branch or by monitoring the current flowing through at least flows in one of the vehicle electrical system branches.
  • the supply state corresponds for example to a deviation of the monitored voltage from a standard value or a standard range, in particular downwards, or corresponds to an exceeding of a standard current value by the monitored current.
  • the supply state in the respective on-board network branch is critical due to the high power requirement. Since first the first electrical system is connected to the third electrical system, both have the same voltage, so that voltage dips in both on-board networks can be detected by voltage measurement. In the event that a critical supply state occurs in the third electrical system branch, the second electrical system branch is connected, wherein the first electrical system branch (or the on-board network branch containing the interferer) is preferably disconnected. In particular, the dynamic consumer (in particular the interferer) is thereby separated from the sensitive consumer (in the third electrical system branch), in particular by opening the first switching device.
  • the second vehicle electrical system branch is the third vehicle electrical system branch additionally switched in terms of a elekt ⁇ coupling step, in order to support this, in particular by closing the second switching device after the first switching device has been opened. It is provided that the first vehicle electrical system branch is separated from the third vehicle electrical system branch by opening the first switching device, this separation means a separation of a direct connection, and an indirect connection can remain. After the first switching device is open and this is preferably also verified, the second electrical system branch is connected. In particular, the second electrical system branch is connected to the third electrical system branch by closing the second
  • the separation of the first on-board network branch from the third board network branch can be provided by achieving a complete separation of the positive or the mas ⁇ related potential, or by a direct connection between the first and the third Bordnetzzweig is canceled (and by an indirect connection, about a series circuit with the energy storage of the second electrical system is replaced).
  • a complete separation the opening of a MOSFET switch is referred to as a switching device, wherein a substrate diode between the power terminals (drain and source) remains. The substrate diode extends from source to drain (forward direction).
  • the disconnection of the first electrical system branch from the third electrical system branch here means the disconnection of a direct connection, so that either an indirect connection results (via a further voltage source, which represents the second vehicle electrical system branch), or means a complete disconnection of the first electrical system branch, instead of first electrical system branch to connect the second electrical system branch to the third electrical system branch, for example as a parallel ⁇ circuit.
  • Complete separation is provided in particular by the separation of at least one potential compound. It is provided that the first switching device is driven by a first drive device and the second switching device is driven by a second drive device.
  • the second drive device receives a switch state signal from the first drive device.
  • the second drive device is set up, the second
  • Switching device can not be triggered to close when the switching state signal indicates a closed first Wegvor ⁇ direction. This avoids that a closed switching state of the first switching device overlaps in time with a closed switching state of the second switching device.
  • the closing state of the first switching device and therefore a closed first switching device is determined by means of a drive voltage applied to the switching device and / or by detecting the current flowing through the switching device or is supplied thereto, and / or by detecting the on-resistance of the
  • the second drive device also receives, according to a preferred embodiment, an incoming authorization signal.
  • the second control device is set up without prior authorization ⁇ lying, as signaled by the authorization signal, not be able to drive for closing the second switching device.
  • the second drive device only controls the second switching device to close when the switching state signal indicates an open first switching device .
  • the second on ⁇ control device controls only the second switching device to close when the authorization signal signals a present authorization. Signals the switch state signal ⁇ a closed first switching device or signa ⁇ larra the authorization signal is not present a
  • the second drive device can not drive the second switching device to close. This inhibits the closing of the second switching device or the driving by the second switching device to close the second switching device. This can be supported in particular by a lock for outputting a closing signal to the second switching device within the second drive device.
  • While the first drive device is driven with a desired signal, which is the target closed state of the first
  • the switching state signal corresponds to an actual state of the first drive device, such as a gate-source signal, in particular the voltage level of the gate-source signal, which is actually applied to the first switching device.
  • the actual state can be detected by comparing the voltage level of the gate-source signal with a threshold value.
  • the threshold value can preferably be adjusted from a predefined threshold value to at least one other threshold value in order to be able to set the result of the comparison in a targeted manner. This allows the inspection of the switching devices and the use of a variety of switching technologies for the switching devices.
  • An embodiment provides that the first drive device is controlled via a switching signal.
  • the switching ⁇ signal is delivered from a state memory to the first drive device.
  • the authorization signal is output from the state memory to the second drive device.
  • the output from the state memory to the first drive device switching signal corresponds to the above-described ⁇ specified setpoint switching signal.
  • the state memory outputs the switching signal for opening the first switching device and the authorization signal for closing the second switching device only when an enable signal is present.
  • the enable signal is in the form of a binary
  • the enable signal can come from a higher-level control unit.
  • the enable signal is delivered to the state memory.
  • the state memory may in particular have the function of a flip-flop, wherein the SET signal with respect to the state of the flip-flops a
  • the supply condition within the vehicle electrical system can be monitored by measuring and evaluating operating parameters of the third vehicle electrical system branch, or can be monitored by off ⁇ values of a load signal that a load operation reproduces, which leads to voltage dips.
  • the load signal can thus derwe current and future critical care conditions such as ⁇ arising at power of the consumers concerned, substantially current or upcoming critical care conditions can be construed ER in the collection and evaluation of operating parameters of the third board network. It is provided that the supply state is monitored by comparing a Be ⁇ operating parameters of the third electrical system with a standard specification.
  • the standard specification is abbreviated also referred to as default.
  • the standard default is preferably configurable or program ⁇ ble, and is preferably stored in a memory.
  • the comparison is carried out by means of a comparator, which outputs the supply state as comparison result.
  • the comparator preferably outputs the supply state as a CLEAR signal.
  • the comparator is generally to be regarded as a comparison device.
  • the comparing may include filtering, in particular low-pass or band-pass filters, and / or the use of a hysteresis, whereby as a voltage ⁇ or current signal which represents the supply state filtered and / or displayed with a Hysteresenfunktion before it is supplied to the comparator or while being processed by it.
  • the bandpass filtering is preferably higher in order than one.
  • serving as the operating parameter of the third electrical system is a supply voltage in the third electrical system branch, in particular the currently applied on-board electrical system branch voltage, a current flow or power flow leading away from the third electrical system branch or a (temporal) gradient of the supply voltage. Voltage, a (temporal) gradient of current flow, or a combination thereof.
  • the operating parameter or parameters are compared with a standard specification. If several of the aforementioned physical quantities compared as an operating parameter with the standard specification, the standard specification includes individual Normvorga ⁇ benkomponenten for each of these sizes. The standard specification can thus be regarded as vector or scalar.
  • the standard specification can be provided by one or more limits or by one or more standard ranges for the respective operating parameters.
  • the operating parameter can be generated by an externally generated
  • the load signal represents a to-be-controlled load operation in the first electrical system branch again.
  • the load signal which is transmitted may be a switch-on signal of an electric starter motor or of an electric steering drive, which is located within the first vehicle electrical system branch.
  • the load ⁇ signal may also be a turn-on signal of a dynamic load within the first electrical system branch, which is suitable in operation to trigger a critical supply state in the third electrical system branch when the first electrical system branch is connected to the third electrical system branch and the second board network branch not to support is used.
  • the switch-on signal can be a current command or can be a signal from which it can be deduced that the starter motor should be switched on or switched on.
  • the load ⁇ signal thus reflects the planned or actually starting operation of a consumer in the first electrical system branch, which is suitable to cause a critical state of supply in the third electrical system branch, if the third electrical system branch is directly connected to the first electrical system branch and the second electrical system branch not used for support becomes.
  • the load signal may originate from an (external) ECU or other on-board electronics within the vehicle, and in particular from a unit that actively influences the electrical energy management within the vehicle. This unit may be external to the control unit disclosed herein.
  • the monitoring is carried out by comparison by means of the comparator and by at least one operating parameter is reproduced by at least one analog signal.
  • the analog or digitized signal corresponds in particular to:
  • the voltage of the first or third electrical system d. H. the voltage at which the sensitive (i.e., voltage sensitive) consumer operates
  • the time gradient will be ⁇ characterized, that the time derivative of the signal in question
  • the standard specification may be provided in the form of a lower or upper limit, upon reaching or exceeding or falling below the evaluation by the comparator changes.
  • the comparator ver ⁇ equalizes the voltage in the third electrical system branch with a lower limit, is to be assumed in their falling below of a violation of the standard specification.
  • the standard specification may include an upper limit current, above which a violation of the standard specification is to be assumed. The current used for comparison with the limiting current corresponds to the current flow which leads away from the third on-board network branch.
  • the standard specification can in particular be an upper limit in the form of a maximum
  • Increase rate or rate of decline include, with the rise ⁇ rate on the time course of said operating voltage of the third board network branch or on the
  • the at least one analog signal is converted into a digital signal by means of an analog / digital converter.
  • the analog signal is converted with a level converter.
  • the comparison is carried out with the digital signal or with the converted signal.
  • the comparator compares the at least one digital signal, which reproduces the at least one operating parameter, with the standard specification.
  • the digital imple mentation of the comparator ⁇ faster processing ⁇ speeds can be achieved, especially when implemented in an ASIC or other integrated or monolithic circuit.
  • the comparator compares at least two operating parameters with the standard specification.
  • the comparator generates a single comparison result for each operating parameter.
  • the standard specification consists of at least two individual specifications which are each compared with an operating parameter and for which the comparator generates an individual comparison result.
  • the comparator outputs a comparison result that corresponds to a logical combination of the individual comparison results.
  • the logical combination may include one or more AND, OR, and / or XOR links or other standard logical links.
  • the comparator outputs a comparison result that corresponds to a logical AND operation of the individual comparison results.
  • the logical AND connection can be provided within the comparator or can be connected downstream of it. It is further provided that a release signal is emitted by a control unit.
  • the status memory receives this enable signal. Based on the enable signal, the state memory generates the authorization signal.
  • the control unit compares a speed signal of the vehicle with at least one predetermined speed limit (or with another standard speed specification). Only when Ge ⁇ speeds which do not exceed the speed limit on ⁇ , an enable signal is issued based on the state of the memory outputs an authorization signal corresponding to a present authorization. Otherwise, a
  • Release signal issued based on the state memory outputs an authorization signal that corresponds to a non-existent authorization. (As an exception, in a sailing ⁇ operation, the effect of the speed limit may be suppressed or be adjusted.) This ensures that the authorization signal may be generated only now and then switching is only authorized when a predetermined speed limit is not exceeded. This also ensures that at speeds above the speed limit, the power supply of the third electrical system branch does not change and the switches are not changed. It is thus avoided that at high, critical speeds, a switching operation is performed, which can be dangerous for defective components, in particular the switching devices.
  • the speed signal may in particular ⁇ sondere by an ECU or other vehicle electronics originate, in particular from a navigation system or from a tachometer system or a slip control system or arrival tiblockiersystem the vehicle, or other systems that determine the speed of the vehicle. This ensures that the inventive switching is blocked at higher speeds by the authorization is not given. Without an authorization, the Switching states of the first and second switching device not changed.
  • the speed limit is, for example, about 20 km / h, 30 km / h, 50 km / h or 70 km / h. In sailing operation, ie when the internal combustion engine of the vehicle no
  • control unit receives data with which it is able to monitor the function of the two drive devices, the state memory and preferably also the comparator.
  • the control unit forms in this regard a secondary system which has at least some functions of said elements in order to enable monitoring.
  • the control unit receives at least one of the following signals:
  • the load signal representing a current or future load operation, i. Operating a dynamic load in the first electrical system branch reproduces, or
  • a switching signal which is delivered to the first and / or second control device.
  • control unit can understand the functions of said components and intervene in a deviation from the intended behavior.
  • the control unit may be further configured to generate at least one of the individual requirements and to transmit to the comparator Standard ⁇ or handicap.
  • the comparator therefore receives one or more thresholds from the control unit.
  • a specific embodiment provides that the evaluation of a load signal and comparing at least one of Be ⁇ operating parameters with a standard specification logically combined to generate the supply state signal (and, if necessary, the resulting authorization signal). For example, a first signal can be generated by the evaluation, and by comparing a second signal can be generated. These signals are combined by means of a logical link - for example by means of an AND link - to a signal that reflects the supply state.
  • the load signal is used to control the operation of the comparator.
  • the load signal can be evaluated, wherein the standard specification or at least one of the individual specifications is changed according to the load signal.
  • the standard specification can be modified in such a way that the comparator becomes more sensitive to the at least one operating parameter.
  • the load signal in this case corresponds to a current voltage dip or a voltage dip, which is to be expected due to control commands to a load in the first electrical system branch.
  • a threshold value can be increased or reduced as a target specification and / or a filter with which the load signal is filtered can be varied, depending on the presence of a load signal which represents an operation of a dynamic consumer.
  • this threshold is raised. Characterized the comparison result of Compa ⁇ rators is already at a voltage which occurs in the usual operation, is changed. Similarly, ver ⁇ be Ringert a threshold value representing a maximum current as the operating parameter default, so that a supply state signal outputs, even at low currents of the comparator to the status memory corresponding to a critical power state. Even if there is no critical supply condition in this case, which would result from the operating parameters, there still exists due to the forthcoming Operation of a dynamic load, the need to disconnect the first electrical system branch to branch the second electrical system branch, so that the output of the corresponding supply state is correct.
  • the comparator changes the threshold of the comparator by changing the standard specification or the at least one individual specification, so that the comparator function of the comparator is suppressed.
  • the comparator forwards the load signal, which reproduces a load operation, without its own evaluation as the supply state signal, which reproduces a critical supply state.
  • the control unit, the standard specification (or only a single pretended) of the comparator changes, the function of the comparator is Kom ⁇ is overridden.
  • the comparator outputs a supply state signal, which corresponds to a critical supply state, with a corresponding load signal, independently of the operating parameters that are present at the comparator.
  • a control unit is also described for the controlled exchange of electrical power between a first, a second and a third on-board network branch of a vehicle electrical system.
  • the control unit is designed to carry out the method disclosed here.
  • the control unit comprises a first switching device, a first drive device connected thereto, and a second shift device and a second drive device connected thereto.
  • the second drive device is in particular connected to a control input of the first switching device and the second drive device is connected to the control input of the second switching device.
  • the first and second switching devices are respectively
  • the control unit further comprises a first, a second and a third terminal, which are arranged for connection to the first, second and third board network branch.
  • the first, second or third connection is particularly suitable for transmitting currents of significantly more than one ampere and in particular of one hundred or more amperes.
  • the first, second and third connection can each by means of an electrical plug and / or
  • Screw contacts can be realized.
  • One of the terminals or a fourth terminal may be configured to be connected to ground.
  • the control unit may be a quadrupole or, in the case of a design as shown in FIG. 3c, it may be a three-terminal. The control unit described here or
  • Circuit topologies can also be assigned to poles, each connection (as an electromechanical realization) corresponding to an individual pole (as a topology node).
  • the first switching device is connected between the first and third terminals.
  • the second switching device is connected between the second and third terminals. Thereby, the first switching device is configured to control the electrical connection between the first and the third terminal, and the second switching device is configured to control the electrical connection between the second and the third terminal.
  • the second drive device has a switch state input connected to a switch state output of the first drive device.
  • the second drive device is set up to control the switch state of the second switching device on the basis of a signal which is present at the switch state input.
  • the switch state output of the first drive device is configured to provide a signal that the
  • the second drive device is set up to trigger the second switching device to close only when an open first is present at the switch state input
  • Switching device is signaled.
  • the second drive device is set up, only the second one To trigger switching device for closing, when at the switch state input, an open first switching device is signaled and at the authorization input is present an authorization signal that represents an authorization.
  • the second drive device preferably comprises a Lo ⁇ gikscrien which links the switch state and the input authorization input logic, in particular by means of an AND operation.
  • the logic circuit may in particular be provided by a processor with corresponding software or by a logic gate, so that the logic circuit can be referred to more generally as logic.
  • control unit further comprises a comparator, preferably a comparator as described vo ⁇ range basis.
  • the comparator has at least one input, preferably two, which is or are set up, with a current detection unit or a
  • the power detection unit is preferably equipped to detect the current through the first switching device.
  • the voltage determination unit is configured to detect the voltage at the third on-board network branch.
  • the voltage detection unit may be connected to a corresponding terminal in order to detect the voltage within the third electrical system branch.
  • the control unit preferably further comprises an analog / digital converter, which is connected upstream of the comparator.
  • the comparator is a digital comparator.
  • the control unit is only adapted to be connected to the voltage or current detection unit.
  • the control unit comprises the voltage determination unit or the current determination unit.
  • the control unit further comprises a standard specification. The standard ⁇ default is connected to the comparator.
  • the comparator is set up to compare the detected current and / or the detected voltage with the standard specification.
  • the comparator is further configured to output a supply state at an output of the comparator as a result of the comparison.
  • the control unit may further comprise an evaluation device with an input.
  • the evaluation device is configured to evaluate a load signal present at the input of the evaluation device.
  • the load signal represents the load state of at least one component of the third (or first) vehicle electrical system and, in particular, represents a current or future, expected load state.
  • the load signal may be a command for switching on the load in the third on-board supply system branch.
  • the evaluation device is designed to output the supply state at an output of the evaluation device.
  • the supply state is thus derived from the load signal, wherein the evaluation device can receive the load signal based on their input.
  • both comparator and evaluation device are provided, and the evaluation device is connected to an input of the comparator to change the applicable standard for the comparator default.
  • the standard specification can be stored in a memory, in particular in a write-once memory, a rewritable memory, or in a read-only memory.
  • the control unit further comprises a state memory.
  • the state memory has an input which is connected to the output comparator or the evaluation device.
  • the input of the state memory is in particular as
  • the state memory provides a functionality of a flip-flop, wherein the CLEAR input of the state memory speaks ent ⁇ a CLEAR command of a flip-flop.
  • the state memory has a first output for a switching signal, which is connected to an input of the first drive device.
  • the first input of the state memory is connected to the input of the first drive device for the purpose of transmitting a switching signal.
  • the Standstill memory has a second output for an authorization signal. The second output is connected to the authorization input of the second drive device for signaling a present authorization.
  • the so-called compounds are in particular direct compounds.
  • control unit may have a control unit.
  • the control unit has an output which is connected to an input of the state memory, which serves for the transmission of an enable signal.
  • the output of the control unit is set up for the transmission of the enable signal.
  • This input of the Computing device, configured as a SET input is preferred.
  • the state memory preferably has a flip-flop functionality.
  • the SET input has priority over the CLEAR input. The state memory is therefore arranged to ignore a Moegli ⁇ chowed simultaneously rempliendes CLEAR signal at a present SET signal and to select a state in accordance with the SET signal.
  • the functionality of the state memory corresponds in particular to an asynchronous flip-flop, in particular a flip-flop having a SET input and a CLEAR input.
  • the functionality of the state ⁇ memory may correspond to a particular level-dependent trigger or edge-controlled trigger.
  • the control unit is set up, or agnostiping the state of the comparator to di ⁇ . to retrieve, in particular via a connection that runs through the state memory, or is connected directly to the comparator.
  • the SET signal is active as a bottom ⁇ setting, even when not connected to the control unit consists. As a result, the operation is guaranteed when errors occur, especially in the control.
  • the control unit further has an input which is connected to an output of the state memory, in particular for the transmission of at least one state signal which is stored in the state memory. _,
  • the control unit further comprises a DC / DC converter and a DC / DC control module to which the DC / DC converter is connected.
  • a DC / DC converter and a DC / DC control module to which the DC / DC converter is connected.
  • an output of the DC / DC control module is connected to an input of the DC / DC converter.
  • DC / DC control module has an input which is connected to a node to which also the authorization input of the second drive device is connected. Specifically, this input of the control module is turned ⁇ aligned and connected within the control unit, to obtain a signal that the signal at the input of the second authorization control device corresponds.
  • DC / DC control module is set up to operate the
  • the authorization signal may signal a non-present Autori ⁇ tion in two ways: As a specific output signal having a level corresponding to a not present authorization signal, or by a car docking s ⁇ approximate signal with an undefined signal level ( "free floa- ting"), which A non-existent authorization signal can thus be selectively signaled by a certain level, or by an undefined level is applied, such as by enabling a transistor output, but not reaching the level, which for signaling a present authorization signal is necessary.
  • a further embodiment provides that the second on-control device has a delay element, the
  • Switch state input or the authorization input is connected downstream.
  • the second drive device is set up, which is connected to the switch state input or to the autoradiator. s mecanicsseingang delay signal present.
  • the second drive device has a delay element, which is connected upstream of a drive input, which is connected to the second switching device.
  • the first drive device may have a delay element, which is connected upstream of the switch state input of the first drive device.
  • a hysteresis element can also be provided, in particular within the comparator, in order not to provoke undesirable short-term switching state changes with slightly varying signals at the input of the comparator. If the comparator a
  • Logic circuit comprises to combine individual results, then the at least one hysteresis element of the logic is connected in front of ⁇ .
  • the hysteresis element is connected downstream of the at least one input of the comparator.
  • the number of hysteresis elements or the number of hysteresis functions corresponds to the number of inputs of the comparator.
  • An embodiment of the invention provides that the first drive device is self-inhibiting and closes the first switching device in an energy-free state.
  • the second on ⁇ control device is preferably arranged to control a closing operation of the second switching device only at a high level.
  • Switching device and an opened second switching device in particular in case of errors in the power supply of the control unit.
  • the first and the second switching device are in particular semiconductor switches, preferably transistors and particularly preferably MOSFETs or bipolar transistors or IGBTs.
  • semiconductor devices can be used as the switching device with a diode between the two bars. tion terminals, for example with a substrate diode. This can be used in case of failure of the control devices or the control of the drive to a supply of the third electrical system branch from the first electrical system branch.
  • the second switching device may be provided not only as an on / off switch, but as a switching element that is set in the on state to set a certain potential, in particular as a voltage regulator.
  • the first and the second switching device may be configured as a relay.
  • the control unit described here can be provided in particular for voltages below 60 volts, for example, for electrical systems branches with 12, 24 or 48 volts.
  • the power connections of the control unit may be provided for the same voltage, or may be provided for different voltages, in particular if it is provided by the wiring of the power terminals voltages of two vehicle electrical system branches to decode ad ⁇ (by switchable series connection). If provided, by means of the control unit two of the electrical system branches by the
  • the on-board network branches can comprise at least a lower voltage than 12 volts ⁇ , for example, 5 volts.
  • the second vehicle electrical system branch can have a different and preferably lower standard voltage than the third vehicle electrical system branch.
  • the control unit may be designed in terms of voltage and current to be connected via the power terminals with electrochemical and / or electrostatic energy storage, in particular with lead acid batteries, lithium-ion batteries, nickel-metal hybrid batteries, supercapacitor assemblies, supercapacitors or in particular double-layer capacitors.
  • the control unit may be designed to connect the first, second and third on-board network branches to each other, wherein in the first
  • a lead-acid battery is provided in the second electrical system branch a lithium-ion battery or a supercapacitor or a supercap.
  • This one can have a significantly lower capacity than the lead-acid battery, but be equipped with lying in the size range of the lead-acid battery maximum current, and in the third electrical system branch, a generator may be provided.
  • the first and the second energy storage may be of the same type or of different types.
  • the capacity of the first energy store, the energy store of the second talk ⁇ ent may be higher than this, for example by factors of at least 2, 5, 10, 50 or more, or may be lower than this.
  • the DC / DC converter can be provided, in particular, for transmitting energy between the first and the second connection or vehicle electrical system branch.
  • the DC / DC converter can be bidirectional or can be unidirectional, in particular designed for
  • the control unit can be realized by means of a fixed ⁇ wire circuit, a configurable or programmable circuitry and associated software, and a combination thereof through.
  • the control unit can be realized by means of an ASIC or an FPGA, preferably by means of a monolithic integrated circuit.
  • this microprocessors can be used, in particular microprocessors with a small bit width. This allows the use of low-cost microprocessors with a bit width of only 8-bit or 10-bit.
  • the control unit can be realized by means of a circuit which differs from other circuits, which realizes further components of the control unit. especially the
  • the comparator and / or the state memory are implemented by the same electronic component, in particular by means of an ASIC.
  • the analog / digital converter may be part of the device.
  • DC / DC control module can be part of a monolithic inte ⁇ grated circuit or even an ASIC or part of a device, which also implements the comparator and the two on ⁇ control devices.
  • the standard specification can be used as Memory element can be realized within that electronic component, which can be realized and configured and programmed the aforementioned components of the control unit.
  • the vehicle electrical system includes the first, second and third board network branch.
  • an internal combustion engine starter and a starter battery are provided, in particular a lead-acid battery.
  • the engine starter corresponds to the electrical component, which can occur as an interferer within the vehicle electrical system and can generate voltage dips.
  • an electrical second power storage is provided, in particular a lithium secondary battery or a supercapacitor.
  • the second electric power storage has a power output capability that approximately corresponds to the power output capability of the starter battery.
  • the capacity of the supercapacitor assembly may be well below that of the starter battery. For example, the
  • the Supercapacitor assembly take an amount of energy that corresponds to no more than 1/10, 1/100 or 1/1000 of the amount of energy that can be stored in the starter battery.
  • the second power storage may be provided as an electrostatic storage or electrochemical storage, wherein the starter battery is preferably formed from ⁇ as electrochemical storage.
  • the second power memory may also be provided with a capacity that is greater than that of the first power memory and, for example, above this by a factor of at least 10, 100 or 1000.
  • a generator which has a drive shaft. This is set up to be connected to the output of an internal combustion engine.
  • the third electrical system branch furthermore comprises a consumer that is sensitive to voltage dips or spikes, in particular a consumer with a minimum operating voltage, such as an internal combustion engine control or on-board electronics.
  • loads in the third electrical system branch can have a maximum voltage change rate, so that short-term dips or peaks caused in the first electrical system branch must be reduced by connecting the second electrical system.
  • the load in the third vehicle electrical system branch ie the sensitive Ver ⁇ consumers, and also an illumination, in particular an outer and / or interior lighting of the vehicle can be that flickers undesirably when voltage drops occur ⁇ .
  • the consumer in the first electrical system branch ie in particular the starter of the internal combustion engine, may further be an electric drive, which in particular requires more than 50, 100, 200, 500 or 1000 amps to operate, such as an electric steering.
  • the first, second and third on-board network branches can be connected to one another in different ways, but preferably the second on-board network is switched on via the control unit and its switching devices to the third on-board network branch in order to provide voltage and current support.
  • a voltage-supporting connection corresponds to a series circuit, so that the voltage in the third electrical system branch increases by the voltage in the second electrical system branch.
  • a current-supporting connection corresponds to a parallel connection of the second
  • the third electrical system branch receives the power from the second electrical system branch.
  • the externally visible internal resistance of the interconnected energy storage is reduced.
  • the first on-board network branch is preferably simultaneously disconnected from the third on-board network branch , so that the current support by the second board network branch is that the electrical energy for supporting the third on-board network branch only from the second
  • some on-board network topologies are symbolically represented, in which the first, second and third electrical system branches via a control unit, as is ⁇ written here, are connected to each other.
  • all electrical system branches are connected to one another via the control unit described here.
  • at least the second electrical system branch is connected via the control unit to the first and the third electrical system branch.
  • the control unit can have a fixed means ⁇ wired logic circuit, by means of programmable data processing units such as a microcontroller with associated program code, by means of hard-wired logic circuits having at least one programmable data processing unit, associated program code, or a combination to be implemented.
  • the control unit may comprise a read-only memory in which configuration data (thresholds, filter parameters, hysteresis parameters, etc.) are stored.
  • the read-only memory can be designed as a write-once memory, for example as a read-only memory (ROM) or as a flash memory.
  • control unit can be implemented with a monolithic integrated circuit or with an ASIC, whereby at least one of the components (such as the control unit) is realized by means of an element external to the ASIC (for example a microcontroller).
  • the comparator preferably designed as a digital comparison device
  • the state memory and the drive devices are preferably designed as an integrated circuit, such as an ASIC.
  • the analog / digital converter and / or the DC / DC control module can also be integrated.
  • Figure 1 is a schematic representation of a driving ⁇ generating on-board network with an embodiment of a erfindungsge- MAESSEN control unit
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment of the control unit according to the invention in a block diagram and Figures 3a, 3b and 3c are schematic representations of various on-board network topologies in which the control unit according to the invention can be used. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 is a schematic representation of a driving ⁇ imaging board network 30.
  • the vehicle electrical system branches 10, 20 and 30 are by means of a control unit 40 connected with a first vehicle electrical system branch 10, a second vehicle electrical system branch 20 and a third vehicle electrical system branch.
  • the first electrical system branch 10 includes a consumer 12 or an optional consumer 12 ⁇ and a first electrical energy storage 14 in the form of a
  • the first electrical energy store 14 corresponds to a first power store and is called
  • the consumer 12 or 12 ⁇ is an electrical load with high power requirement suitable for generating voltage drops in the electrical system.
  • the consumer 12 or 12 ⁇ is designed as a starter motor for an internal combustion engine, in particular as a belt or pinion starter.
  • an electrical steering drive may be provided as a consumer in the first on-board network branch 10 (or also in the third on-board network branch 30), the operation of which may likewise produce voltage dips.
  • an electrical second power storage 22 is provided as an electrical energy ⁇ memory, which is designed as a lithium battery.
  • an electrical energy ⁇ memory which is designed as a lithium battery.
  • the consumer 24 within the second vehicle electrical system branch 20 constitutes an optional component.
  • the consumer 24 may for example be rea ⁇ larra as data control or status monitoring, which is associated with the second power storage 22 in order to monitor at least one operating parameter of the second power memory 22 to control or to regulate, for example, the state of charge.
  • the third electrical system 30 comprises a generator 32 and a consumer 34.
  • the consumer 34 corresponds to a consumer who is protected by means of the procedure described here before Steue ⁇ tion dips, ie a load that is sensitive to voltage drops.
  • the load comprises the lighting or the on-board electronics, for example an engine control or performance, entertainment or driver assistance components.
  • the consumer 34 is a consumer who offers no or only limited functionality in a low voltage supply.
  • the consumer 34 may also be a consumer, whose function is at least temporarily reduced after a voltage dip, in ⁇ example, components whose function after a
  • a control unit 40 is connected to the first, second and third on-board network branches 10, 20 and 30.
  • the control unit connects the three electrical systems 10 - 30 with each other.
  • the control unit in this case connects a supply potential, that is, the positive supply potential of the three electrical systems branches 10 - 30 controlled with each other.
  • the electrical system branches have in the topology, as shown in Figure 1, a common further supply potential, ie mass.
  • the control unit comprises a first terminal 41, a second terminal 42 and a third terminal 43.
  • the first terminal 41 is set up for connection to the first electrical system branch 10
  • the second terminal 42 is for connection is set up with the second onboard ⁇ network branch 20
  • the third terminal 43 is adapted for connection to the third electrical system branch 30.
  • the three terminals 41-43 provided as power terminals are designed as electrical contacts, for example as
  • Plug contacts and / or screw contacts are set up in particular because of their cross-section and material
  • the control unit 40 comprises a first switching device 50 and a second switching device 52.
  • the first and the second switching device are each formed as N-MOSFET.
  • a substrate diode 50 ⁇ of the first switching device 50 is also shown.
  • the substrate diode 50 ⁇ is shown to explain a possible current flow from the first electrical system branch 10 to the third electrical system branch 30, which also takes place without activation of the switching device 50, when the voltage in the third electrical system branch 30 is correspondingly lower than the voltage in the first electrical system branch 10.
  • Auch the second switching device 52 has a substrate diode which, for reasons of clarity, is not shown in FIG.
  • the control unit further comprises a circuit arrangement 60, which is explained in more detail with reference to Figure 2, and an op ⁇ tional DC / DC converter 70 having a control input, which is connected to the circuit arrangement 60.
  • the DC / DC converter 70 further comprises, besides a DC / DC control module, two power terminals connected to the first terminal 41 and the second terminal 42, respectively, for supplying power from the first terminal to the second terminal, and / or vice versa .
  • the first switching device 50 is connected between the first terminal 41 and the third terminal 43 and connects them controllably.
  • the second switching device 52 is connected between the second terminal 42 and the third terminal 43 and connects them controllably.
  • a second switching device 52 which is directly connected to the third terminal 43, is also connected to one end of the switching device 50, which is directly connected to the third terminal 43.
  • the switching devices 50 and 52 each comprise a control input, in particular a gate connection, which is connected to the circuit arrangement 60.
  • the circuit arrangement 60 which is shown in greater detail in FIG. 2, controls the circuit state of the first and second switching devices 50 and 52.
  • the circuit arrangement 60 further comprises a data input 80, which is explained in greater detail with reference to FIG.
  • the dashed rectangle of Figure 1 corresponds to an embodiment of the control unit 40 according to the invention.
  • FIG. 2 controllably shows a block diagram of an embodiment of the control unit according to the invention.
  • the circuit within the dashed rectangle corresponds (apart from the assignment of a DC / DC converter 170) to the circuit arrangement 60 of FIG.
  • the circuit arrangement illustrated in FIG. 2 comprises a first drive device 110 and a second drive device 120.
  • the drive devices 110 and 120 each have control outputs which are connected to the control inputs of a first switching device 150 and a second switching device 152.
  • the switching devices 150 and 152 correspond to the switching devices 50 and 52 and are connected in series as shown.
  • the switching devices 150 and 152 are further connected in series with a second power storage 122 of the second electrical system branch. Between the second power storage 122 and the second switching device 152 is the second port 142. Between the first switching device 150 and the second switching device 152 is the third port 143.
  • the first, second and third terminals 141-143 and the first and second switching devices 150, 152 in FIG. 2 correspond to the first, second and third terminals 41, 42 and 43 and the first and second switching devices, respectively 50, 52 of FIG. 1.
  • a pole A of the circuit shown in Figure 1 can be assigned to the terminal 41, a pole C can be assigned to the second terminal 42, a pole B can be assigned to the third terminal 43 and a pole D can be assigned to the ground of the circuit.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 2 further comprises a data input 180. At this data input are two preferably analogue signals (or their digitized ones)
  • Equivalents which correspond to two operating parameters of the first or third electrical system, in particular the operating ⁇ voltage in the third first or electrical system branch 30, and the current flowing through the first switching device 50, 150.
  • the data input 180 comprises two separate lines, via the circuit arrangement shown in Figure 2 receives analog signals.
  • the control unit shown in Figure 2 further includes an analog-to-digital converter 182 which converts the signals of the data input 180 into digital signals.
  • the analog / digital converter 182 may also be provided a level converter.
  • Current and voltage detection units can be provided which detect the current via the first switching device 50, 150 or the voltage at the first or third connection 43, 143, cf. FIG. 1. Since the location of the current determination unit corresponds to the location of the switching device 50 or 150 and the location of the voltage determination unit corresponds to the location of the third connection 43, 143, further drawing elements for displaying the detection devices were omitted, for reasons of clarity, since FIGS existing drawing elements to represent the terminals 41, 43 and 141, 143 can also be used to represent the detection devices.
  • the current detection unit is preferably provided at or between the first and third terminals 41 and 141 and 43 and 143, respectively.
  • the current detection unit is thus the first switching device 50 and 150 upstream or downstream and detects the current flowing through them.
  • the voltage detection unit can be connected in parallel with the consumer 34 or 134, which is sensitive to voltage drops. In particular, the voltage detection unit detects the Po ⁇ tential of the positive terminal of the load 34 or 134 to detect voltage drops.
  • the signals from the Strom Arsaku and the voltage detection unit are generated are supplied via the data input 80 and 180 of the circuit 60.
  • the current detection unit can be provided by means of a shunt resistor or by means of a Hall element, while the voltage detection unit can be provided by a simple contact or by a tap, which is optionally connected to a voltage part.
  • Voltage divider provides the signal that the data input 80 or 180 of the circuit 60 is supplied.
  • the analog-to-digital converter 182 transmits the converted digital signals to a comparator 162 of the control unit.
  • the comparator includes a preset 162 with which the signals output from the analog-to-digital converter 182 are compared.
  • the comparator further includes logic 163 that performs a logical combination of the comparison results that are the results of the comparison of the default 162 ⁇ .
  • the logic 163 combines the individual comparison results obtained from the individual comparing the signals with the proviso 162 ⁇ .
  • the comparator 162 outputs a supply state to a state memory 164, the supply state corresponding to the comparison result that generates the logic 163 of the comparator 162.
  • the state memory 164 has a CLEAR input connected to the output of the comparator 162.
  • the state memory 164 has a flip-flop functionality, in particular the functionality of an asynchronous flip-flop. This assumes a state according to the CLEAR input and according to a SET input 165. In this case, the SET input dominates via the CLEAR input in the state definition of the state memory 164.
  • the SET input 165 corresponds to an input for an enable signal.
  • a control unit 190 has an output connected to the SET input 165. About this is a release signal from the control unit 190 to the state memory 164th which corresponds to the SET signal.
  • the control unit 190 further has an input 192, via which operating parameter signals of the vehicle electrical system or of the vehicle itself can be transmitted to the control unit 190.
  • the control unit 190 is connected to the state memory 164 via a preferably bidirectional connection. Furthermore, diagnostic signals and / or test signals can be transmitted via this connection. Through the connection, the control unit 190 may receive state levels of the state memory 164 and may further set states stored in the state memory 164. The setting of states in the state memory by the control unit 190 takes precedence over the SET signal and before the CLEAR signal.
  • the control unit may comprise instead of or in combination with the comparator an evaluation device as described above. This is provided at the same location as the comparator 162 and does not have its own reference number for the sake of clarity. Rather, the reference numeral 162 and the associated character element can also apply to the evaluation device.
  • the state memory 164 further has an output 166 via which an authorization signal is transmitted to the second drive device 120 connected there.
  • the state memory further comprises an output 167 via which it is connected to the first drive device 110 in order to transmit a switching signal to the first drive device 110.
  • the first drive device 110 Based on the switching signal, the first drive device 110 generates a control signal for the control input of the switching device 150.
  • the first drive device 110 directly converts the switching signal 167 into a drive of the first switching device 150.
  • the second drive device 120 includes an authorization input 121, via which it is connected to the output 166 of the supply memory 164. Furthermore, the second
  • Switch state output 111 of the first drive device 110 does not necessarily correspond to the switching signal on
  • the switch state output 111 corresponds to the actual switching signal output to the first switching device 150 that is transmitted from the drive device 110 to the switching device 150.
  • the second switching device is set up to output a switching signal for closing the second switching device 152 to the second switching device 152 only if a corresponding signal is applied to both the switch state input 123 and the auto-input input 121.
  • This means that the second drive device 120 only drives the second switching device 152 to close when an authorization is present at the authorization input 121 and, furthermore, when a signal is present at the switch state input 123 which represents an opened switching device 150.
  • the scarf ⁇ terSullivansausgang the first driver 110 then outputs a signal corresponding to an open first switching device 150 when the connected to the first switching device 150 control output of the first driver 110 provides a drive signal by the first switching device is driven to open.
  • the control unit may include a delay element which delays the closing of the second switching device 152.
  • the delay element may be provided in the second drive device 120 in order to delay its signal output or its signal input, cf. reference numerals 121 and 123.
  • the delay element can also be provided in the first drive device in order to delay the delivery of the switch state signal.
  • a memory of the control unit such as a read-only memory or a flash memory
  • the delay period of the delay element can be stored.
  • the delay time may be configurable or programmable, such as via a signal provided by the control unit.
  • the reception or processing of the switch state signal within the second An Tavernvor ⁇ direction delayed by the present there delay element become.
  • a delay element can be provided between the state memory 164 and the second drive device 120 in order to delay the authorization signal.
  • the reference numeral 113 different possible locations of the delay element are shown, and preferably the Ver ⁇ deceleration member is provided within the second drive apparatus and connected to the second switching device 152 control output of the second driving device is connected directly upstream of the 120th In particular, the delay element delays only the closing of the second switching device 152 and does not delay or, to a lesser extent, the closing of the second switching device 152.
  • the embodiment illustrated in FIG. 2 further comprises a DC / DC control module 172 and a DC / DC converter 170 connected thereto and controlled by it.
  • the DC / DC converter 170 has power connections to the second connection 142 and the first connection 141 is connected.
  • FIG. 2 illustrates an alternative to the arrangement of FIG. 1, where the DC / DC converter may be part of the circuitry (not shown), or external to the circuitry, such as FIG Figure 2 shows.
  • the DC / DC converter is preferably part of the control unit according to the invention, as shown schematically in FIG.
  • the DC / DC control module 172 is arranged at a date prior ⁇ authorization signal (ie ization in the present car) having the operation of an additional enable input, so that the DC / DC control module despite present authorization signal the operation of the
  • DC / DC converter allows, if an activation signal is present. If the authorization signal is present, the first
  • Switching device 150 are opened; gives the first
  • the second switching device 152 can not be closed. It is preferably provided that the first switching device 150 can not be opened if there is no authorization signal.
  • the DC / DC control module 172 preferably remains active ⁇ if no authorization signal is present.
  • DC / DC control module 172 preferably becomes inactive when an authorization signal is present. However, it can also be provided that the DC / DC control module remains active when an auto ⁇ r Deutschenssignal is present. The latter possibility can be set and / or issued by means of a variable configuration. Furthermore, it can be set that the DC / DC control module regardless of switching states of
  • the DC / DC control module 170 receives the authorization signal, in particular for a circuit point, which is also connected to a
  • the node is connected downstream of the authorization signal output 166 of the state memory 164 or corresponds to this.
  • the inputs 121 and 123 of the second drive device 120 are preferably designed such that the second drive ⁇ device 120 then emits a signal to close the second switching device when at both inputs 121, 123, a high level or another level, which serves as a turn-on signal is present. This can be approximately at
  • the switching device 152 Breaking the signal flow, the switching device 152 are not closed, since at an open input (floating) is not a high level (low level), which would cause a closing of the second switching device 152 by the second drive device 120.
  • a pole A of the circuit shown in Figure 2 can be assigned to the terminal 141, a pole C can be assigned to the second terminal 142, a pole B can be assigned to the third terminal 143 and a pole D can be assigned to the ground of the circuit. 4
  • FIGS. 3a-3c show various on-board network topologies in which the control unit described here can be used.
  • FIGS. 3a-3c show various on-board network topologies in which the control unit described here can be used.
  • FIGS. 3a - 3c different arrangements of wiring branches and in each case a control unit is shown, where the control unit in Figures 3a - is represented by a rectangle ge ⁇ stricheltes 3c.
  • a first on-board network branch 210 comprises as electrical energy store a first power store 214 and a dynamic load 212 whose operation can lead to voltage drops.
  • a second on-board network branch 220 includes a second power storage 222 as an electrical energy store and a consumer 224, which is, for example, the Be ⁇ drive monitoring electronics of the second power storage 222.
  • the consumer 224 is reproduced only for the sake of completeness; the power demand by the consumer 24 is negligible compared to the power requirements of the consumer 212 or the consumer 234.
  • the third electrical system branch 230 comprises a generator 232 and a consumer 234, which is sensitive to voltage drops, for example a consumer with a minimum operating voltage.
  • control unit 240 connects these on-board network branches with one another and therefore has three power connections in order to connect the respective positive potentials of the three on-board network branches 210-230 to one another.
  • the control unit 240 connects the first board network 210 with the third onboard network 230.
  • the first power storage 214 (such as a lead-acid battery) receives electrical power from the generator 232.
  • the first and the third vehicle electrical system branch form a board ⁇ network section in which Similarly, the potential interfering consumer 212 and the voltage dips sensitive consumers 234 are connected to each other. In this case, the load 234 receives electrical energy from both the first power storage 214 and the generator 232. If the consumer 212 generates a fault, then the Control unit 240, the third electrical system branch of the first electrical system branch 210. To close the resulting supply gap, the second electrical system branch 220 is switched on, in particular parallel to the third electrical system branch 330.
  • the generator 232 is not provided within the third, but within the first Bord ⁇ network branch 210, see. dashed lines.
  • the connection between the first and the second vehicle electrical system branch 210 is case of voltage drops, separated from the STEU ⁇ erritt 240 230 and the consumer 234 is provided below (only) from the second power storage 222nd
  • the topology illustrated in FIG. 3a has a pole A at the transition of the control unit 240 to the first onboard power supply branch 210, a pole C at the transition of the control unit 240 to the second onboard power supply branch 220, a pole B at the transition of the control unit 240 to the third onboard power supply branch 230 and one Pol D on, which corresponds to the mass.
  • FIG. 3b shows another on-board network topology in which the control unit described here can be used.
  • FIG. 3b shows an embodiment of a control unit 340 according to the invention connecting a second on-board network branch 320 to a first and a third on-board network branch 310 and 330.
  • the first on-board network branch comprises one
  • the third on-board network branch 330 comprises a generator 332 and a consumer 334 which is sensitive to control dips, for example on-board electronics. While the starter 312, the generator 332 and the consumers 334 which are sensitive to voltage dips are interconnected, only one terminal of the first power memory 314 is connected to the first and third on-board network branches 310, 330, while a further terminal, in particular the negative pole, connected to the Control unit 340 is connected. The control unit is further connected to ground, as shown on the left side of the lower edge of the control unit 340. In the normal case, the first energy store 314 is connected directly to the ground.
  • the control unit 340 connects the first Leis ⁇ processing memory 314 is not grounded, but in series with the second power storage 322 of the second vehicle electrical system branch.
  • the result of the series connection is a higher voltage, which is composed of the voltage of the two energy stores 314 and 322. With this voltage, the sensitive to voltage dips consumer 334 and the load 312 (in the form of a starter motor) is supplied.
  • the additional series connection with the second power storage 322, the voltage drop is at least partially compensated.
  • the voltage supply for the third electrical system branch 330 is supported, even if the third electrical system branch 330 remains (partially) connected to the first vehicle electrical system branch 310.
  • the control unit 340 may have an additional terminal 395, which is connected to the first and the third on-board network branch, wherein an inside
  • DC / DC converter (see Figure 1) is provided which connects this additional terminal 395 with the second electrical system branch 320.
  • Energy can be supplied from the first or third onboard power supply branch to the second onboard power supply branch 320 via the DC / DC converter, usually in the normal operating mode, in order to recharge the second power storage 322 of the second onboard power supply branch 320.
  • the control unit serves as a switch between ground and the positive pole of the second electrical system branch 320. Via the control unit 340 can be selected whether the negative terminal of the first energy storage 314 directly connected to ground, or to the positive pole of the second electrical system branch 320.
  • the voltage of the energy store 314 is normally applied to the first and third on-board supply system branches, and in the event of a voltage dip, a voltage resulting from the sum of the voltages of the energy store 314 and of the energy store 322 can be applied.
  • the topology illustrated in FIG. 3b has a pole A at the transition of the control unit 340 to the first onboard power supply branch 310, a pole C at the transition of the control unit 340 to the second onboard power supply branch 320, a pole B at the transition of the control unit 340 to the first energy store 314, and one Pol D D, which corresponds to the mass, in particular the mass of the second electrical system branch 320.
  • the control unit 340 is set up, the pole B, ie connect the negative terminal of the first energy storage 314 to either Pol D (i.e., ground) or Pol C (i.e., the positive terminal of the second energy storage 322).
  • Pol D i.e., ground
  • Pol C i.e., the positive terminal of the second energy storage 322
  • the topology illustrated in FIG. 3 c comprises a first onboard power supply branch 410 with a load 412, for example in the form of a starter motor for an internal combustion engine, and a first power storage 414.
  • the operation of the load 412 can lead to voltage drops.
  • the topology illustrated in FIG. 3 c further comprises a third on-board network branch 430 with a generator 432 and a voltage-sensitive consumer 434.
  • a second on-board network branch 420 includes a second power memory 422.
  • the control unit 440 connects the first, second and third on-board network branches 410, 420 and 430 together. In the normal case, ie without support by the second electrical system branch 420, the first vehicle electrical system branch 410 is connected directly to the third vehicle electrical system branch 430.
  • the direct connection separated between the first and the third electrical system branch and the third electrical system branch is connected in series with the third Bord ⁇ network branch 430.
  • the third electrical system branch 430 is parallel, so that this receives the sum of the voltages of the first and the second electrical system branch.
  • a negative terminal of the on-board network branch 420 is connected to the positive terminal of the vehicle electrical system branch 410 (so that the voltages can add up).
  • the positive pole or connection of the third electrical system branch is connected via the second switching device (cf., FIGS. 1 and 2) to the positive connection of the third electrical system branch 430.
  • the first switching ⁇ device is in the control unit 440 (see FIGS. 1 and 2) connected.
  • the topology in the form of a quadrupole shown in FIG. 3c has a pole A at the transition of the control unit 440 to the first on-board network branch 410, a pole C at the transition of the control unit 440 to the positive connection of the second energy store 422, a pole B at the transition of the control unit 440 to the third electrical system branch 430 and a pole D on, the negative
  • connection of the second energy storage 422 corresponds. Since the negative terminal of the second energy store 420 (ie, the negative terminal of the second electrical system branch 420) is fixedly connected to the first electrical system branch, the first pole A corresponds to the pole D, so that they can be combined to form a common pole. It would be in summary of the pole A and the pole D to a common pole a three pole.
  • Vehicle electrical system or the vehicle

Abstract

Es wird Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige (10; 20; 30) offenbart, wobei elektrische Leistung zwischen einem ersten und einem dritten (10; 30) Bordnetzzweig ausgetauscht wird, wenn ein unkritischer Versorgungszustand vorliegt,und elektrische Leistung zwischen einem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig (20; 30) ausgetauscht wird, wenn ein kritischer Versorgungszustand in einem dritten Bordnetzzweig (30) oder im ersten Bordnetzzweig (10) vorliegt. Der Versorgungszustand in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (10; 30) wird überwacht. Bei einem kritischen Versorgungszustand wird der erste Bordnetzzweig (10) vom dritten Bordnetzzweig (30) durch Öffnen einer ersten Schaltvorrichtung (50) getrennt. Nach dem Öffnen wird der zweite Bordnetzzweig (20) über eine zweite Schaltvorrichtung (52) mit dem dritten Bordnetzzweig (30) verbunden. Die erste Schaltvorrichtung (10) wird von einer ersten Ansteuervorrichtung (110) angesteuert wird, und die zweite Schaltvorrichtung (20) wird von einer zweiten Ansteuervorrichtung (120) angesteuert. Die zweite Ansteuervorrichtung (120) erhält ein Schalterzustandssignal von der ersten Ansteuervorrichtung und kann ferner ein Autorisierungssignal erhalten. Die zweite Ansteuervorrichtung (120) schließt nur dann die zweite Schaltvorrichtung, wenn das Schalterzustandssignal eine offene erste Schaltvorrichtung (110) signalisiert. Ferner wird eine Steuereinheit (40) sowie ein Fahrzeugbordnetz offenbart, mit der das Verfahren durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Bordnetz
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeug-Stromversorgung und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Steuereinheit, das bzw. die eine stabilisierte Spannungsversorgung erlaubt.
Zum Betrieb elektrischer Verbraucher, die auch als Lasten bezeichnet werden, sind in Kraftfahrzeugen Bordnetze vorgesehen. Einige Arten von Verbrauchern sind besonders empfindlich gegenüber Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen in der Ver- sorgungsspannung, beispielsweise Bordnetzelektronik oder auch die Beleuchtung. Werden derartige sensitive Verbraucher einem Spannungseinbruch oder einer Spannungsspitze ausgesetzt, so kann deren Funktion zumindest teilweise beeinträchtigt werden.
Hierbei kann der Betrieb des Fahrzeugs beeinträchtigt sein und/oder es ergeben sich unerwünschte Nebeneffekte wie eine kurzzeitige Verdunkelung der Beleuchtung des Kraftfahrzeugs.
Es ist ferner bekannt, Akkumulatoren mit geringem Innenwiderstand und hoher elektrischer Leistung zu verwenden, um Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüche aufzufangen. Jedoch ergeben sich insbesondere bei starken, sprungartigen Belastungen trotz hoher Kapazitäten und Leistungen (und trotz hohem damit verbundenen Platzbedarf und hohem Gewicht) signifikante
Spannungseinbrüche .
Ferner sind insbesondere in modernen Fahrzeugen dynamische elektrische Verbraucher vorhanden, deren Betrieb einen starken Spannungseinbruch verursachen kann, etwa ein Startermotor eines Start/Stopp-Moduls oder ein Antrieb einer elektrischen Lenkung, wie sie in Einparkassistenten eingesetzt werden. Insbesondere diese dynamischen Verbraucher werden auch während des Betriebs des Fahrzeugs und nicht nur beim ersten Kaltstart bzw. beim Abstellen des Fahrzeugs aktiviert. Da zwischen dem ersten Kaltstart und dem endgültigen Abstellen des Fahrzeugs der Betrieb gewährleistet sein soll, wird bei¬ spielsweise in der Druckschrift DE 10248658 B4 vorgeschlagen, zur Bordnetzstabilisierung eines Fahrzeugs mit Start/Stopp-Modul neben dem üblichen Bordnetzakkumulator einen weiteren Energiespeicher vorzusehen, der beim Spannungseinbruch zur Stützung verwendet wird. Gemäß dieser Druckschrift schaltet ein nicht näher beschriebener Umschalter zwischen dem üblichen Bleiakkumulator und dem zweiten Energiespeicher um, wobei eine durch die Umschaltung entstehende Spannungsspitze von einem Leis¬ tungsverteiler abgefedert wird. Der Leistungsverteiler basiert auf einem pulsweitenmodulierten Leistungsschalter. Ferner wird der zweite Energiespeicher von einem Gleichspannungswandler betrieben, so dass der insgesamte Aufwand an Leistungsbauteilen zur Bordnetzstabilisierung hoch ist. Die in der Druckschrift vorgeschlagene Lösung ist daher mit hohen Kosten verbunden. Ferner ergibt sich aus der genannten Druckschrift kein Hinweis auf einen Sicherheitsmechanismus im Falle eines Fehlers im Umschalter, so dass die dort beschriebene Schaltung bei einem Fehlverhalten des Umschalters zur Zerstörung von Komponenten der Schaltung führen kann, insbesondere zur Überladung des zweiten Energiespeichers, der bei einer Realisierung als Superkon- densator bei Überladung bersten kann. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich zumindest eines der genannten Probleme lösen lässt.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Besondere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise, ein Bordnetz auch bei elektrischen Verbrauchern mit starker Verbrauchsdynamik zu stabilisieren. Es wird gewährleistet, dass durch Schaltvorgänge, die im Rahmen der Stabilisierung erforderlich sind, keine Gefahr entstehen kann. Insbesondere werden vorhandene Energiespeicher effektiv eingesetzt. Ferner können gegenüber dem Stand der Technik Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Ferner können zahlreiche Leistungsbauelemente eingespart werden, die mit hohen Kosten und hoher abzuführender Wärme verbunden sind. Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich eine deutlich robustere und verlässlichere Netzwerkstabilisierung realisieren, bei der insbesondere eine Überlastung eines zusätzlichen Energiespeichers und/oder zumindest einer anderen Komponenten in den Bordnetzzweigen vermieden wird. Die Erfindung erlaubt ferner eine extrem schnelle Zuschaltung zusätzlicher elektrischer Energie, wodurch sich auch bei stark variierender Stromanforderung durch den Verbraucher eine gleichmäßige Spannungsversorgung realisieren lässt. Insbesondere die zur Steuerung und Kontrolle verwendeten Komponenten sind gleichermaßen kostengünstig und in ihrer Funktion effizient.
Es ist im Rahmen der hier beschriebenen Vorgehensweise vorgesehen, dass ein Bordnetz eines Fahrzeugs in mehrere Bord- netzzweige zumindest in Hinblick auf Funktion aufgetrennt oder unterteilt ist. Ein erster Bordnetzzweig umfasst einen dyna¬ mischen Verbraucher, der aufgrund von hohem und insbesondere von sprunghaftem Strombedarf Spannungsschwankungen verursachen kann. Ein zweiter Bordnetzzweig umfasst einen elektrischen Leistungsspeicher, etwa einen Lithiumakkumulator oder eine
Superkondensatoranordnung mit mindestens einem Superkondensator („Supercap" ) . Die Superkondensatoranordnung kann ein oder mehrere Superkondensatoren umfassen, wobei bei mehreren Su- perkondensatoren diese parallel und vorzugsweise seriell verbunden sein können. Der Leistungsspeicher wird bei
sprunghaftem Anstieg des Strombedarfs zur Stützung oder zur Versorgung eines sensitiven Verbrauchers verwendet. Ein dritter Bordnetzzweig umfasst den mindestens einen sensitive Ver¬ braucher, insbesondere elektrische Verbraucher, deren Funktion durch Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen beeinträchtigt wird, etwa Bordelektronik (bspw. Motorsteuerung oder ECU, engine control unit) oder die Innen- oder Außenbeleuchtung. Als sensitiver Verbraucher werden elektrische Verbraucher be- zeichnet, die gegenüber Spannungseinbrüchen (oder Spannungsspitzen) sensibel sind und insbesondere bei denen Spannungs¬ einbrüche zu Fehlfunktionen führen können, oder Verbraucher, deren Funktion aus Sicherheitsgründen erhalten werden muss. Sensitive Verbraucher sind daher Verbraucher, deren Funktion gegenüber Spannungseinbrüchen oder -Überhöhungen sensibel ist, oder deren Funktion sicherheitsrelevant während des Betrieb des Fahrzeugs ist. Im ersten Bordnetzzweig ist ein erster Leistungsspeicher vorgesehen, etwa eine Starterbatterie und insbesondere ein Bleiakkumulator. Der Leistungsspeicher im zweiten Bordnetz zweig wird als zweiter Leistungsspeicher bezeichnet. Die Bezeichnung Leistungsspeicher bedeutet, dass diese Speicher zum Betrieb von Leistungselektronik oder Leistungselektrik vorgesehen sind. Die Leistungsspeicher speichern elektrische Energie.
Im Normalbetrieb, bei dem die Spannung bzw. die Spannungs¬ schwankung in einem Nominalbereich liegt , ist der erste Bordnetzzweig mit dem dritten Bordnetzzweig elektrisch ge¬ koppelt, so dass die sensitive Last von dem ersten Leis¬ tungsspeicher (bzw. von einem elektrischen Generator, der den ersten Leistungsspeicher lädt) versorgt wird. Um den ersten Leistungsspeicher kontinuierlich neu aufzuladen, ist im ersten Bordnetzzweig und vorzugsweise im dritten Bordnetzzweig ein elektrischer Generator vorgesehen, insbesondere eine Lichtmaschine, die von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Im Normalbetrieb läuft der Generator zur kontinuierlichen Aufladung des ersten Leistungsspeichers, wodurch der sensitive Verbraucher eine im Wesentlichen konstante Bordnetzspannung erhält.
Als Leistungsspeicher werden elektrische Speicher bezeichnet, deren Abgabeleistung und/oder deren Speicherkapazität aus- reicht, um Spannungseinbrüche in einem Bordnetzzweig eines Fahrzeugs größtenteils oder im Wesentlichen vollständig zu kompensieren. Leistungsspeicher weisen einen Nomi- nal-Spitzenstrom von mindestens 10 A, vorzugsweise mindestens 50 A, 100 A und besonders bevorzugt mindestens 200 A, 500 A oder 1200 A. Der erste Leistungsspeicher kann ein Leis- tungs-Langzeitspeicher wie ein Bleiakkumulator sein, der wie eine Starterbatterie dimensioniert ist, oder kann ein anderer elektrochemischer oder auch elektrostatischer Energiespeicher sein. Dies gilt ebenso für den zweiten Leistungsspeicher. Der zweite Leistungsspeicher kann in einer spezifischen Ausführungsform ein Kurzzeitspeicher sein, dessen Kapazität deutlich geringer ist, etwa um einen Faktor von mindestens 2, 10 oder 20 oder besonders bevorzugt mindestens 50 oder 100, als die Ka¬ pazität des ersten Leistungsspeichers. Der zweite Leistungs¬ speicher kann beispielsweise eine Superkondensatoranordnung sein oder ein Blei- oder NiMH-Akkumulator . Der erste Leistungsspeicher kann beispielsweise ein Blei- oder
NiMH-Akkumulator sein. Bei einer Verwendung einer
Superkondensatoranordnung als erster oder zweiter Leistungsspeicher hat diese vorzugsweise eine Kapazität von mindestens 50 F, 300 F, 500 F, 1000 F, vorzugsweise von mindestens 5000 F, 10000 F oder 12000 F.
Gemäß einer Vorgehensweise wird ein Spannungseinbruch wie folgt erkannt und behandelt. Wird der dynamische Verbraucher, d. h. etwa ein elektrischer Startermotor oder ein elektrischer Lenkantrieb, aktiviert , so kann es sein, dass die von dem ersten Leistungsspeicher und auch die vom Generator gelieferte Energie nicht ausreicht, um signifikante Spannungseinbrüche zu ver¬ hindern. Die direkte Verbindung zwischen dem dynamischen Verbraucher, d. h. dem Störer, einerseits, und dem sensitiven Verbraucher andererseits , wird aufgetrennt, um die Beeinflussung dem sensitiven Verbraucher im dritten Bordnetzzweig durch den dynamischen Verbraucher im ersten Bordnetzzweig zu unterbinden. Damit diese Auftrennung der direkten Verbindung nicht zu einem Leistungsmangel im dritten Bordnetzzweig führt, in welchem sich der sensitive Verbraucher befindet, wird der zweite Bord- netzzweig zugeschaltet, in dem sich der zweite Leistungsspeicher befindet . Eine vergleichbare Vorgehensweise sieht vor, dass zur Ver¬ hinderung eines Spannungseinbruchs der zweite Bordnetzzweig dem ersten Bordnetzzweig zugeschaltet wird, wobei eine Verbindung zwischen erstem und drittem Bordnetzzweig bestehen bleibt und dem Energiespeicher des ersten Bordnetzzweigs der Energiespeicher des zweiten Bordnetzzweig in Serie zugeschaltet wird. Die beiden vorangehend genannten Vorgehensweisen haben gemeinsam, dass der zweite Bordnetzzweig dem dritten Bordnetzzweig zugeschaltet wird. Der erste Bordnetzzweig wird im Rahmen des Zuschaltens des zweiten Bordnetzzweigs vollständig abgetrennt, siehe erstge¬ nannte Vorgehensweise, oder nicht vollständig, siehe zweit¬ genannte Vorgehensweise. Als vollständige Abtrennung wird auch das vollständige Öffnen eines MOSFET bezeichnet, dessen Sub¬ stratdiode bei vollständigem Öffnen den Source- mit dem
Drainanschluss verbindet.
Grundsätzlich kann zur Versorgung bzw. Unterstützung der zweite Bordnetzzweig zum dritten Bordnetzzweig mittels Schaltvor¬ richtung zugeschaltet werden, so dass die Betriebsspannung im dritten Bordnetzzweig der Spannung am zweiten Leistungsspeicher entspricht. Insbesondere wird zugeschaltet durch paralleles Verbinden. Der betreffenden Bordnetzzweige. Alternativ kann der zweite Leistungsspeicher in Serie zugeschaltet werden, so dass die Spannung im dritten Bordnetzzweig der Spannung entspricht, die sich aus einer Reihenschaltung des ersten Leistungsspeichers und des zweiten Leistungsspeichers ergibt. Im Fall einer Reihenschaltung des ersten und des zweiten Leistungsspeichers kann der erste Leistungsspeicher mit Masse verbunden sein, während der zweite Leistungsspeicher mit dem Pluspol des ersten Leistungsspeichers und dem positiven Bordnetzpotential des dritten Bordnetzes verbunden ist, oder umgekehrt. Ferner kann der erste Leistungsspeicher mit dem positiven Bordnetzpotential verbunden werden, während der zweite Leistungsspeicher mit Masse und mit dem Minuspol des ersten Leistungsspeicher verbunden ist. Der zweite Leistungsspeicher kann somit hinsichtlich des Potentials unterhalb oder oberhalb des ersten Leistungsspeichers zugeschaltet werden. Die Parallelschaltung kann als Stromstützung des dritten Bordnetzzweiges durch den zweiten Leis- tungsspeicher betrachtet werden. Die Reihenschaltung kann als Stützung der Betriebsspannung im dritten Bordnetzzweig durch den zweiten Leistungsspeicher betrachtet werden. Im Falle eines Spannungseinbruchs insbesondere im dritten
Bordnetzzweig wird somit der zweite Bordnetzzweig (d. h. der zweite Leistungsspeicher) zugeschaltet. Das Zuschalten wird realisiert mittels eines Umschalters, vorzugsweise mittels eines elektronischen Umschalters, beispielsweise basierend auf MOSFETs als Schaltvorrichtung. In Anbetracht der zahlreichen Schaltzyklen von dynamischen Lasten wie Start/Stopp-Modulen und elektrischen Lenkantrieben ist ersichtlich, dass der verwendete Umschalter für eine derart hohe Anzahl von Umschaltvorgängen ausgelegt sein muss. Aus diesem Grund sind halbleiterbasierte Umschalter gegenüber elektromechanischen Umschaltern zu bevorzugen .
Es ist vorgesehen, dass der Umschalter in Form von zwei
Schaltvorrichtungen realisiert wird, die wechselweise geöffnet und geschlossen werden . Es sind Schutzmechanismen vorgesehen, um zu verhindern, dass die beiden Schaltvorrichtungen gleichzeitig geschlossen (oder geöffnet) sind.
Ein derartiger Schutzmechanismus bzw. verlässlicher An- Steuermechanismus für die beiden Schaltvorrichtungen ist einer der wesentlichen Aspekte des hier betrachteten Gegenstands. Es ist vorgesehen, dass die beiden Schaltvorrichtungen jeweils von einer Ansteuervorrichtung angesteuert werden. Einer der An- steuervorrichtungen erhält von dem anderen der beiden An- Steuervorrichtungen ein Schaltzustandssignal , um ein gleichzeitiges Schließen verhindern zu können. Das Schaltzustands¬ signal gibt den Schaltzustand der einen Schaltvorrichtung wieder, so dass an der Ansteuervorrichtung der anderen
Schaltvorrichtung die Information vorliegt, ob die erstgenannte Schaltvorrichtung tatsächlich geschlossen oder geöffnet ist, oder nicht. Insbesondere liegt die Information an, ob die erste Ansteuervorrichtung die erste Schaltvorrichtung zum Schließen oder zum Öffnen tatsächlich ansteuert. Die Ansteuervorrichtungen können als Treiber betrachtet werden und können beispielsweise als Gatetreiber für Leistungs-MOSFETs realisiert werden.
Durch diesen Mechanismus lassen sich ohne Verwendung von (zusätzlichen) Leistungsbauelementen gleichermaßen einfache wie zuverlässige Sicherheitsmechanismen realisieren, die etwa ein Überladen des ersten Leistungsspeichers, einen Überstrom an dem Leistungsspeicher oder eine Überlastung der Schaltvorrichtungen oder einen Bordnetzkollaps verhindern. Die Ansteuervorrichtung, welche das Schaltzustandssignal erhält, steuert diejenige
Schaltvorrichtung an, welcher für das Zuschalten oder Auftrennen des zweiten Bordnetzzweigs eingerichtet ist.
Es wird daher ein Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Bordnetzes beschrieben. Das Bordnetz, dessen Bordnetzzweige gesteuert verbunden werden, ist vor¬ zugsweise das Bordnetz eines Fahrzeugs. Das gesteuerte Verbinden betrifft das gesteuerte Auftrennen und Herstellen einer lei¬ tenden Verbindung zwischen Bordnetzzweigen. Die mehrere
Bordnetzzweige umfassen insbesondere einen ersten, einen zweiten, einen dritten Bordnetzzweig, die wie hier beschrieben ausgebildet sein können. Wenn ein nominaler oder unkritischer Versorgungszustand im dritten Bordnetzzweig vorliegt, wird elektrische Leistung zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig ausgetauscht. Die Leistung wird zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig über eine erste Schaltvorrichtung ausgetauscht. Die erste Schaltvorrichtung verbindet den ersten und den dritten Bordnetzzweig elektrisch koppelbar. Als nominaler Versorgungszustand wird ein Zustand bezeichnet, bei dem der Strom, die Spannung und/oder die
Temperatur und insbesondere den Ladungszustand (SOC) oder den Lebensdauerzustand (SOH) des Energiespeichers (und insbesondere der einzelnen Zellen oder Einzelkondensatoren des Energiespeichers) innerhalb von Normintervallen liegen, welche die Dimensionierung des Leistungsspeichers wiedergeben.
Insbesondere wird Energie von einem Generator im dritten Bordnetzzweig elektrische Leistung an einen erster Leis- tungsspeicher im ersten Bordnetzzweig geliefert, insbesondere elektrische Energie zur Aufladung des Energiespeichers.
Gleichermaßen kann elektrische Energie vom ersten Bordnetz zweig an den dritten übertragen werden, etwa um den Generator im dritten Bordnetzzweig zu stützen, so dass ein sensitiver Verbraucher im dritten Bordnetzzweig vom Generator im dritten Bordnetzzweig und/oder von dem ersten Bordnetzzweig elektrische Energie erhält, insbesondere transiente bzw. kurzzeitige Energieschübe. Ein kritischer Versorgungszustand tritt insbesondere dann auf, wenn an dem sensitiven Verbraucher im dritten Bordnetzzweig, d. h. im dritten Bordnetzzweig selbst, eine zu geringe Spannung auftritt, insbesondere ein Spannungseinbruch. Dieser wird hervorgerufen durch einen dynamischen Verbraucher im ersten (oder im dritten) Bordnetzzweig, beispielsweise ein Starter oder eine elektrische Lenkung. Wenn ein kritischer Versorgungs zustand vorliegt, wird elektrische Leistung zwischen dem zweiten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig ausgetauscht. Die Leistung wird in diesem Fall über eine zweite Schaltvorrichtung ausgetauscht. Die zweite Schaltvorrichtung verbindet den zweiten und den dritten Bordnetzzweig elektrisch koppelbar. Vor dem Verbinden durch die zweite Schaltvorrichtung wird vorzugsweise die erste Schaltvorrichtung geöffnet. Insbesondere wird elektrische Energie vom zweiten Bordnetz zweig an den dritten Bordnetzzweig geliefert über die zweite
Schaltvorrichtung. Der zweite Bordnetzzweig dient dabei als Zusatzenergiequelle, um den dritten Bordnetzzweig zu stützen und um dort eine höhere Betriebsspannungssicherheit zu erreichen. In einigen Ausführungsformen wird im kritischen Versorgungs zustand der erste Bordnetzzweig vom dritten Bordnetzzweig getrennt, um dynamische Verbraucher, d. h. Störer, im ersten Bordnetzzweig von dem dritten Bordnetzzweig zu trennen, in welchem sich sensitive Verbraucher befinden.
Um die mehreren Bordnetzzweige abhängig vom Versorgungs zustand gesteuert zu verbinden, wird der Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig überwacht. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, um den Versorgungszustand in dem dritten
Bordnetzzweig zu überwachen. Diese sind im Weiteren dargestellt und bestreffen insbesondere eine Spannungsüberwachung im dritten Bornetzzweig bzw. eine Überwachung des Stroms, der durch die erste Schaltvorrichtung und insbesondere der vom dritten in den ersten Bordnetzzweig fließt oder umgekehrt bzw. deren zeitliche Gradienten. Insbesondere wird der Versorgungszustand des zu¬ mindest einen sensitiven Verbrauchers in dem dritten Bordnetzzweig überwacht. Ferner kann der Versorgungszustand im ersten oder im dritten Bordnetzzweig überwacht werden, bei¬ spielsweise durch Überwachung der Spannung in diesem Bordnetzzweig oder durch Überwachung des Stroms, der durch zumindest in einem der Bordnetzzweige fließt. Der Versorgungszustand entspricht beispielsweise einer Abweichung der überwachten Spannung von einem Normwert oder einem Normbereich, insbesondere nach unten, oder entspricht einer Überschreitung einer Normstromwerts durch den überwachten Strom. Aus einer derartigen Überschreitung kann direkt geschlossen werden, dass durch den hohen Strombedarf der Versorgungszustand in dem betreffenden Bordnetzweig kritisch ist. Da zunächst das erste Bordnetz mit dem dritten Bordnetz verbunden ist, haben beide die gleiche Spannung, so dass Spannungseinbrüche in beiden Bordnetzen durch Spannungsmessung erfasst werden können. Für den Fall, dass ein kritischer Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig auftritt, wird der zweite Bordnetzzweig hinzugeschaltet, wobei der erste Bordnetzzweig (bzw. der den Störer enthaltenden Bordnetzzweig) vorzugweise abgetrennt wird. Insbesondere wird dadurch der dynamische Verbraucher (insbe- sondere der Störer) von dem sensitiven Verbraucher (im dritten Bordnetzzweig) getrennt, insbesondere durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung. Ferner wird der zweite Bordnetzzweig zum dritten Bordnetzzweig hinzugeschaltet im Sinne einer elekt¬ rischen Kopplung, um diesen zu stützen, insbesondere durch Schließen der zweiten Schaltvorrichtung, nachdem die erste Schaltvorrichtung geöffnet wurde. Es ist vorgesehen, dass der erste Bordnetz zweig von dem dritten Bordnetzzweig durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung getrennt wird, wobei diese Trennung eine Trennung einer direkten Verbindung bedeutet, und eine indirekte Verbindung verbleiben kann. Nachdem die erste Schaltvorrichtung geöffnet ist und dies vorzugsweise auch verifiziert ist, wird der zweite Bordnetzzweig hinzugeschaltet. Insbesondere wird der zweite Bordnetzzweig mit dem dritten Bordnetzzweig durch Schließen der zweiten
Schaltvorrichtung verbunden. Das Trennen des ersten Bord- netzzweiges vom dritten Bordnetzzweig kann vorgesehen werden, indem eine vollständige Trennung des positiven oder des mas¬ sebezogenen Potentials erreicht wird, oder indem eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig aufgehoben wird (und durch eine indirekte Verbindung, etwa eine Reihenschaltung mit dem Energiespeicher des zweiten Bordnetzes ersetzt wird) . Als vollständige Trennung wird auch das Öffnen eines MOSFET-Schalters als Schaltvorrichtung bezeichnet, wobei eine Substratdiode zwischen den Stromanschlüssen (Drain und Source) verbleibt. Die Substratdiode erstreckt sich hierbei von Source nach Drain (Durchlassrichtung) .
Insbesondere wird beim Trennen des ersten Bordnetzzweigs vom dritten Bordnetzzweig eine direkte Verbindung zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem dritten Bordnetzzweig getrennt und durch eine indirekte Verbindung ersetzt. Bei der indirekten Verbindung kann der zweite Bordnetzzweig vorgesehen sein, um durch die indirekte Verbindung die Spannungen des ersten und des zweiten Bordnetzzweigs zu addieren. Daher bedeutet hier das Trennen des ersten Bordnetzzweigs vom dritten Bordnetzzweig das Trennen einer direkten Verbindung, so dass sich entweder eine indirekte Verbindung (über eine weitere Spannungsquelle, die der zweite Bordnetzzweig darstellt) ergibt, oder bedeutet eine vollständige Abtrennung des ersten Bordnetzzweigs, um statt dem ersten Bordnetzzweig den zweiten Bordnetzzweig an den dritten Bordnetzzweig anzuschließen, beispielsweise als Parallel¬ schaltung. Eine vollständige Abtrennung wird insbesondere durch das Auftrennen zumindest einer Potenzialverbindung vorgesehen. Es ist vorgesehen, dass die erste Schaltvorrichtung von einer ersten Ansteuervorrichtung angesteuert wird und die zweite Schaltvorrichtung von einer zweiten Ansteuervorrichtung angesteuert wird. Die zweite Ansteuervorrichtung erhält von der ersten Ansteuervorrichtung ein Schalterzustandssignal . Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, die zweite
Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern zu können, wenn das Schaltzustandssignal eine geschlossene erste Schaltvor¬ richtung signalisiert. Dadurch wird vermieden, dass ein ge- schlossener Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung sich mit einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung zeitlich überlappt. Der Schließzustand der ersten Schaltvorrichtung und daher eine geschlossene erste Schaltvorrichtung wird ermittelt anhand einer Ansteuerspannung, die an der SchaltVorrichtung anliegt und/oder durch Erfassen des Stroms , der durch die Schaltvorrichtung fließt bzw. dieser zugeführt wird, und/oder durch Erfassung des Einschaltwiderstandes der
SchaltVorrichtung . Die zweite Ansteuervorrichtung erhält, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ferner ein eingehendes Autorisierungssignal . Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, ohne vor¬ liegende Autorisierung, wie von dem Autorisierungssignal signalisiert wird, die zweite Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern zu können. Die zweite Ansteuervorrichtung steuert nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen an, wenn das Schaltzustandssignal eine offene erste Schaltvor¬ richtung signalisiert. Insbesondere steuert die zweite An¬ steuervorrichtung nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen an, wenn das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert. Signalisiert das Schaltzustands¬ signal eine geschlossene erste Schaltvorrichtung oder signa¬ lisiert das Autorisierungssignal eine nicht vorliegende
Autorisierung, so kann die zweite Ansteuervorrichtung die zweite Schaltvorrichtung nicht zum Schließen ansteuern. Dadurch wird das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung bzw. das Ansteuern durch die zweite Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung zu schließen, gehemmt. Dies kann insbesondere unterstützt werden durch eine Sperre zur Ausgabe eines Schließsignals an die zweite Schaltvorrichtung innerhalb der zweiten Ansteuervorrichtung .
Während die erste Ansteuervorrichtung mit einem Sollsignal angesteuert wird, das den Soll-Schließzustand der ersten
Schaltvorrichtung wiedergibt, entspricht das Schaltzustands- signal einem Ist-Zustand der ersten Ansteuervorrichtung, beispielsweise einem Gate-Source-Signal , insbesondere der Spannungshöhe des Gate-Source-Signals , das tatsächlich an der ersten Schaltvorrichtung anliegt. Der Ist-Zustand kann erfasst werden durch Vergleichen der Spannungshöhe des Gate- Source-Signals mit einem Schwellwert. Der Schwellwert kann vorzugsweise von einem vorgegebenen Schwellwert auf zumindest einen anderen Schwellwert verstellt werden, um so das Ergebnis des Vergleichs gezielt einstellen zu können. Dies erlaubt die Überprüfung der Schaltvorrichtungen und den Einsatz ein Vielzahl von Schaltungstechnologien für die Schaltvorrichtungen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Ansteuervor- richtung über ein Schaltsignal angesteuert wird. Das Schalt¬ signal wird von einem Zustandsspeicher an die erste Ansteuervorrichtung abgegeben. Das Autorisierungssignal wird von dem Zustandsspeicher an die zweite Ansteuervorrichtung abgegeben. Das vom Zustandsspeicher an die erste Ansteuervorrichtung abgegebene Schaltsignal entspricht dem vorangehend beschrie¬ benen Soll-Schaltsignal.
Gemäß dem Aspekt der Erfindung gibt der Zustandsspeicher das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung sowie das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung nur dann ab, wenn ein Freigabesignal vorliegt. Ins¬ besondere wird das Freigabesignal in Form eines binären
SET-Signals abgegeben. Das Freigabesignal kann von einer übergeordneten Kontrolleinheit stammen. Das Freigabesignal wird an den Zustandsspeicher abgegeben. Der Zustandsspeicher kann insbesondere die Funktion eines Flip-Flops aufweisen, wobei das SET-Signal hinsichtlich des Zustands des Flip-Flops ein
CLEAR-Signal , dass an den Flip-Flop übermittelt wird, dominiert. Der Versorgungszustand innerhalb des Bordnetzes kann überwacht werden durch Messen und Auswerten von Betriebsparametern des dritten Bordnetzzweigs oder kann überwacht werden durch Aus¬ werten eines Lastsignals, dass einen Lastbetrieb wiedergibt, welcher zu Spannungseinbrüchen führt. Das Lastsignal kann somit momentane und zukünftige kritische Versorgungszustände wie¬ dergeben, die sich bei Einschalten des betreffenden Verbrauchers ergeben, wobei bei der Erfassung und Auswertung von Betriebsparametern des dritten Bordnetzes im Wesentlichen mo- mentane oder bevorstehende kritische Versorgungszustände er- fasst werden können. Es ist vorgesehen, dass der Versorgungszustand überwacht wird durch Vergleichen eines Be¬ triebsparameters des dritten Bordnetzes mit einer Normvorgabe. Die Normvorgabe wird verkürzt auch als Vorgabe bezeichnet. Die Normvorgabe ist vorzugsweise konfigurierbar oder program¬ mierbar, und ist vorzugsweise in einem Speicher hinterlegt. Das Vergleichen wird mittels eines Komparators durchgeführt, die als Vergleichsergebnis den Versorgungszustand ausgibt. Vorzugsweise gibt der Komparator den Versorgungs zustand als CLEAR-Signal aus. Wie bereits beschrieben ist für den Zustandsspeicher das
SET-Signal gegenüber dem CLEAR-Signal dominierend. Dadurch dominiert im Bordnetz die erste Schaltvorrichtung. Dies ermöglicht eine hohe funktionale Sicherheit bei der Ansteuerung der Schaltvorrichtungen. Der Komparator ist allgemein als Ver- gleichseinrichtung anzusehen. Das Vergleichen kann ein Filtern, insbesondere Tiefpass- oder Bandpassfiltern, und/oder die Anwendung einer Hysterese umfassen, wobei etwa ein Spannungs¬ oder Stromsignal, welches den Versorgungszustand wiedergibt, gefiltert und/oder mit einer Hysteresenfunktion abgebildet wird, bevor es dem Komparator zugeführt wird oder während es von diesem verarbeitet wird. Das Bandpassfiltern hat vorzugsweise eine höhere Ordnung als eins.
Als Betriebsparameter des dritten Bordnetzes dient eine Ver- sorgungsspannung im dritten Bordnetzzweig, insbesondere die aktuell anliegende Bordnetzzweigspannung, ein von dem dritten Bordnetzzweig weg oder zu diesem hin führender Stromfluss oder Leistungsfluss , ein (zeitlicher) Gradient der Versorgungs- Spannung, ein (zeitlicher) Gradient des Stromflusses, oder eine Kombination hiervon. Der bzw. die Betriebsparameter werden mit einer Normvorgabe verglichen. Werden mehrere der vorgenannten physikalischen Größen als Betriebsparameter mit der Normvorgabe verglichen, dann umfasst die Normvorgabe einzelne Normvorga¬ benkomponenten für jede dieser Größen. Die Normvorgabe kann somit als Vektor oder Skalar betrachtet werden. Die Normvorgabe kann durch eine oder mehrere Grenzen vorgesehen werden oder durch eine oder mehrere Normbereiche für die betreffenden Betriebspara- meter.
Der Betriebsparameter kann durch einen extern erzeugten
Steuerbefehl vorgesehen werden, der einem Lastsignal entspricht. Das Lastsignal gibt einen anzusteuernden Lastbetrieb im ersten Bordnetzzweig wieder. Das Lastsignal, welches ausgesendet wird, kann insbesondere ein Einschaltsignal eines elektrischen Startermotors oder eines elektrischen Lenkantriebs sein, der sich innerhalb des ersten Bordnetzzweigs befindet. Das Last¬ signal kann ferner ein Einschaltsignal eines dynamischen Verbrauchers innerhalb des ersten Bordnetzzweigs sein, der im Betrieb geeignet ist, einen kritischen Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig auszulösen, wenn der erste Bordnetz zweig mit dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist und der zweite Bordnetzzweig nicht zur Stützung herangezogen wird. Das Ein- schaltsignal kann ein aktueller Befehl sein oder kann ein Signal sein, aus dem sich ableiten lässt, dass der Startermotor eingeschaltet wird oder eingeschaltet werden soll. Das Last¬ signal gibt somit den geplanten oder tatsächlich beginnenden Betrieb eines Verbrauchers im ersten Bordnetzzweig wieder, welcher geeignet ist, einen kritischen Versorgungszustand im dritten Bordnetzzweig hervorzurufen, wenn der dritte Bordnetzzweig unmittelbar mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden ist und der zweite Bordnetzzweig nicht zur Stützung herangezogen wird. Das Lastsignal kann insbesondere von einer (externen) ECU oder einer anderen Bordelektronik innerhalb des Fahrzeugs stammen, und insbesondere von einer Einheit, wie das elektrische Energiemanagement innerhalb des Fahrzeugs aktiv beeinflusst. Diese Einheit kann extern von der hier offenbarten Steuereinheit vorliegen .
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Überwachen durch Vergleich mittels des Komparators ausgeführt und von mindestens einem Betriebsparameter wird von mindestens einem analogen Signal wiedergegeben. Das analoge oder digitalisierte Signal entspricht insbesondere:
- der Spannung des ersten oder dritten Bordnetzes, d. h. der Spannung, mit der der sensitive (d.h. gegenüber Spannungseinbrüchen empfindliche) Verbraucher betrieben wird,
- der Stromstärke des Stromflusses vom oder zum dritten Bordnetzzweig weg,
- einem Signal, dass dem Gradienten der Spannung im ersten oder dritten Bordnetzzweig wiedergibt oder
- einem Signal, dass dem Gradienten des Stromflusses wie¬ dergibt, der von dem dritten Bordnetzzweig wegführt oder zu diesem hinführt.
Als Gradient wird insbesondere der zeitliche Gradient be¬ zeichnet, d.h. die zeitliche Ableitung des betreffenden Signals
Die Normvorgabe kann in Form einer unteren oder oberen Grenze vorgesehen sein, bei deren Erreichen oder Über- bzw. Unter- schreiten sich die Auswertung durch den Komparator ändert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Komparator die Spannung im dritten Bordnetzzweig mit einer Untergrenze ver¬ gleicht, bei deren Unterschreiten von einer Verletzung der Normvorgabe auszugehen ist. Ferner kann die Normvorgabe einen oberen Grenzstrom umfassen, bei dessen Überschreiten von einem Verletzen der Normvorgabe auszugehen ist. Der zum Vergleich mit dem Grenzstrom herangezogene Strom entspricht dem Stromfluss, der von dem dritten Bordnetzzweig weg führt. Die Normvorgabe kann insbesondere eine obere Grenze in Form einer maximalen
Anstiegsrate oder Abfallrate umfassen, wobei sich die Ein¬ stiegsrate auf den zeitlichen Verlauf der genannten Betriebsspannung des dritten Bordnetzzweiges oder auf den
Stromfluss bezieht, der von dem dritten Bordnetzzweig weg führt. Die Anstiegsrate bzw. die Abfallrate entspricht insbesondere dem Betrag der zeitlichen Änderung der Spannung bzw. des Stroms. Die zeitliche Änderung entspricht dem (zeitlichen) Gradienten. Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird das mindestens eine analoge Signal mittels eines Analog/Digital-Wandlers in ein digitales Signal gewandelt. Alternativ wird das analoge Signal mit einem Pegelwandler gewandelt. Der Vergleich wird mit dem digitalen Signal oder mit dem gewandelten Signal ausgeführt. Insbesondere vergleicht der Komparator das mindestens eine digitale Signal, welches den mindestens einen Betriebsparamter wiedergibt, mit der Normvorgabe. Durch die digitale Imple¬ mentierung des Komparators können schnellere Verarbeitungs¬ geschwindigkeiten erreicht werden, insbesondere bei einer Implementierung in einem ASIC oder in einer anderen integrierten oder auch monolithischen Schaltung.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Komparator mindestens zwei Betriebsparameter mit der Normvorgabe vergleicht. Der Komparator erzeugt für jeden Betriebsparameter ein Einzelvergleichsergebnis. Insbesondere besteht die Normvorgabe aus mindestens zwei Einzelvorgaben, die jeweils mit einem Betriebsparameter verglichen werden, und für die der Komparator ein Einzelvergleichsergebnis erzeugt. Zur Auswertung ist vorgesehen, dass der Komparator ein Vergleichsergebnis abgibt, dass einer logischen Kombination der Einzelvergleichsergebnisse entspricht. Die logische Kombination kann ein oder mehrere AND-, OR-, und/oder XOR-Verknüpfungen oder andere logische Standardverknüpfungen umfassen. Insbesondere gibt der Komparator ein Vergleichser- gebnis ab, dass einer logischen UND-Verknüpfung der Einzelvergleichsergebnisse entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass ein einzelnes Ereignis, welches zum Abweichen eines Be¬ triebsparameters von einer Einzelvorgabe führt nicht unmittelbar einen Umschaltvorgang auslöst. Vielmehr gewährleistet die logische Kombination, dass in relevanter Weise mehrere Be¬ triebsparameter zur Ausschüttung herangezogen werden und nur dann ein Umschaltvorgang eingeleitet wird, wenn zwei oder mehr Betriebsparameter von der Normvorgabe bzw. von den Einzel- vorgaben abweichen. Die logische UND-Verknüpfung kann innerhalb des Komparators vorgesehen sein oder kann diesem nachgeschaltet sein . Es ist ferner vorgesehen, dass ein Freigabesignal von einer Kontrolleinheit abgegeben wird. Der Zustandsspeicher erhält dieses Freigabesignal. Anhand des Freigabesignals erzeugt der Zustandsspeicher das Autorisierungssignal . Die Kontrolleinheit vergleicht ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit min- destens einer vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenze (oder mit einer anderen Normgeschwindigkeitsvorgabe) . Nur bei Ge¬ schwindigkeiten, die die Geschwindigkeitsgrenze nicht über¬ schreiten, wird ein Freigabesignal abgegeben, anhand dem der Zustandsspeicher ein Autorisierungssignal abgibt, das einer vorliegenden Autorisierung entspricht. Andernfalls wird ein
Freigabesignal abgegeben, anhand dem der Zustandsspeicher ein Autorisierungssignal abgibt, das einer nicht vorliegenden Autorisierung entspricht. (Als Ausnahme kann in einem Segel¬ betrieb die Wirkung der Geschwindigkeitsgrenze unterdrückt sein bzw. angepasst werden.) Dadurch ist gewährleistet, dass das Autorisierungssignal nur dann erzeugt werden kann und das Umschalten nur dann autorisiert ist, wenn eine vorgegebene Geschwindigkeitsgrenze nicht überschritten ist. Dadurch ist ferner gewährleistet, dass bei Geschwindigkeiten über der Geschwindigkeitsgrenze sich die Energieversorgung des dritten Bordnetzzweigs nicht ändert und die Schalter nicht geändert werden. Es wird somit wird vermieden, dass bei hohen, kritischen Geschwindigkeiten ein Umschaltvorgang ausgeführt wird, der bei fehlerhaften Komponenten, insbesondere der Schaltvorrichtungen, gefährlich sein kann. Das Geschwindigkeitssignal kann insbe¬ sondere von einer ECU oder einer anderen Fahrzeugelektronik stammen, insbesondere von einem Navigationssystem oder von einem Tachometersystem oder einem Schlupfregelungssystem oder An- tiblockiersystem des Fahrzeugs oder weiterer Systeme, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln können. Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Umschaltung bei höheren Geschwindigkeiten blockiert wird, indem die Autorisierung nicht gegeben wird. Ohne vorliegende Autorisierung werden die Schaltzustände der ersten und der zweiten Schaltvorrichtung nicht geändert. Die Geschwindigkeitsgrenze liegt beispielsweise bei ca. 20 km/h, 30 km/h, 50 km/h oder 70 km/h. Im Segelbetrieb, d.h. wenn der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs keine
Traktionsleistung liefert und/oder steht, kann die Blockierung der Umschaltung der Schaltvorrichtungen aufgehoben sein.
Es ist ferner vorgesehen, dass die Kontrolleinheit Daten erhält, mit denen diese in der Lage ist, die beiden Ansteuervorrich- tungen, den Zustandsspeicher und vorzugsweise auch den Kom- parator hinsichtlich ihrer Funktion zu überwachen. Die Kontrolleinheit bildet diesbezüglich ein Zweitsystem, welches zumindest einige Funktionen der genannten Elemente aufweist, um eine Überwachung zu ermöglichen. Die Kontrolleinheit erhält mindestens eine der folgenden Signale:
- das Schaltzustandssignal , das für die zweite Ansteuer- vorrichtung vorgesehen ist,
- mindestens einen Betriebsparameter oder einen Versor- gungszustand des dritten Bordnetzes,
- das Lastsignal, welches einen aktuellen oder zukünftigen Lastbetrieb, d.h. Betrieb eines dynamischen Verbrauchers im ersten Bordnetzzweig wiedergibt, oder
- ein Schaltsignal, das an die erste und/oder zweite An- Steuervorrichtung abgegeben wird.
Mittels dieser Signale bzw. Informationen kann die Kontrolleinheit die Funktionen der genannten Komponenten nachvollziehen und bei einer Abweichung vom vorgesehen Verhalten eingreifen.
Die Kontrolleinheit kann ferner eingerichtet sein, die Norm¬ vorgabe oder zumindest eine der Einzelvorgaben zu erzeugen und an den Komparator zu übermitteln. Der Komparator erhält daher einen oder mehrere Schwellwerte von der Kontrolleinheit.
Eine spezifische Ausführungsform sieht vor, dass das Auswerten eines Lastsignals und das Vergleichen mindestens eines Be¬ triebsparameters mit einer Normvorgabe logisch kombiniert werden, um das Versorgungszustandssignal (und ggf. das daraus folgende Autorisierungssignal ) zu erzeugen. Beispielsweise kann durch die Auswertung ein erstes Signal erzeugt werden, und durch das Vergleichen kann ein zweites Signal erzeugt werden. Diese Signale werden mittels einer logischen Verknüpfung kombiniert - etwa mittels einer UND-Verknüpfung - zu einem Signal, das den Versorgungszustand wiedergibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Lastsignal verwendet, um den Betrieb des Komparators zu steuern. Hierzu kann das Lastsignal ausgewertet werden, wobei die Normvorgabe oder zumindest eine der Einzelvorgaben gemäß dem Lastsignal verändert wird. Insbesondere kann bei einem Lastsignal, dass einen Betrieb eines dynamischen Verbrauchers wiedergibt die Normvorgabe dahingehend verändert werden, dass der Komparator gegenüber dem mindestens einen Betriebsparameter sensibler wird. Das Lastsignal entspricht hierbei einem aktuellen Spannungseinbruch oder einem Spannungseinbruch, der aufgrund von Steuerbefehlen an eine Last im ersten Bordnetzzweig zu erwarten ist. Insbesondere kann als Sollvorgabe ein Schwellwert angehoben oder verringert werden und/oder ein Filter, mit dem das Lastsignal gefiltert wird, kann variiert werden, abhängig vom Vorliegen eines Lastsignal, das einen Betrieb eines dynamischen Verbrauchers wiedergibt.
Beispielsweise kann zunächst ein Schwellwert entsprechend einer Mindestbetriebsspannung vorgesehen sein, bei dessen Unterschreiten von einem Spannungseinbruch auszugehen ist. Bei Auftreten eines Betriebs eines dynamischen Verbrauchers
(signalisiert durch das Lastsignal) wird dieser Schwellwert angehoben. Dadurch wird bereits bei einer Spannung, die im üblichen Betrieb auftritt, das Vergleichsergebnis des Kompa¬ rators verändert. Gleichermaßen kann ein Schwellwert, der einen Maximalstrom als Betriebsparametervorgabe wiedergibt, ver¬ ringert werden, so dass bereits bei geringen Strömen der Komparator ein Versorgungszustandssignal an den Zustands- Speicher abgibt, das einem kritischen Versorgungszustand entspricht. Auch wenn in diesem Fall tatsächlich kein kritischer Versorgungszustand vorliegt, der sich aus den Betriebsparametern ergeben würde, besteht dennoch aufgrund des bevorstehenden Betriebs eines dynamischen Verbrauchers die Notwendigkeit, den ersten Bordnetzzweig abzutrennen, um den zweiten Bordnetz zweig hinzuzuschalten, so dass die Ausgabe des entsprechenden Versorgungszustands korrekt ist.
Gemäß einer weiteren Betrachtungsweise verändert der Komparator durch Änderung der Normvorgabe bzw. der zumindest einen Einzelvorgabe die Ansprechschwelle des Komparators, so dass die Komparatorfunktion des Komparators unterdrückt wird. Der Komparator leitet bei entsprechender Änderung der Normvorgabe das Lastsignal, welches einen Lastbetrieb wiedergibt, ohne eigene Auswertung weiter als Versorgungszustandssignal, welches einen kritischen Versorgungszustand wiedergibt. Dadurch, dass die Kontrolleinheit die Normvorgabe (oder nur eine Einzel- vorgäbe) des Komparators ändert, wird die Funktion des Kom¬ parators außer Kraft gesetzt. Dadurch gibt der Komparator bei entsprechendem Lastsignal unabhängig von den Betriebsparametern, die an dem Komparator vorliegen, ein Versorgungszustandssignal ab, welches einem kritischen Versorgungszustand entspricht.
Es wird ferner eine Steuereinheit zum gesteuerten Austausch elektrischer Leistung zwischen einem ersten, einem zweiten und einem dritten Bordnetzzweig eines Bordnetzes eines Fahrzeugs beschrieben. Die Steuereinheit ist zur Ausführen des hier offenbarten Verfahrens ausgebildet.
Die Steuereinheit umfasst eine erste Schaltvorrichtung, eine damit verbundene erste Ansteuervorrichtung, sowie eine zweite Schaltvorrichtung und eine damit verbundenen zweite Ansteuervorrichtung. Die zweite Ansteuervorrichtung ist insbesondere an einen Steuereingang der ersten Schaltvorrichtung angeschlossen und die zweite Ansteuervorrichtung ist an den Steuerungseingang der zweiten Schaltvorrichtung angeschlossen. Die erste und die zweite Schaltvorrichtung sind jeweils
Treiberschaltungen . Die Steuereinheit umfasst ferner einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss, die zum Anschluss an den ersten, zweiten bzw. dritten Bordnetzzweig eingerichtet sind. Der erste, zweite bzw. dritte Anschluss ist insbesondere geeignet, Ströme von deutliche mehr als ein Ampere und insbesondere von hundert oder mehr Ampere zu übertragen. Der erste, zweite und dritte Anschluss kann jeweils mittels eines elektrischen Steck- und/oder
Schraubkontakts realisiert werden. Einer der Anschlüsse oder ein vierter Anschluss kann ausgestaltet sein, um mit Masse verbunden zu werden. Die Steuereinheit kann ein Vierpol sein, oder im Falle einer Ausführung wie sie in Figur 3c dargestellt ist, ein Dreipol sein. Den hier beschriebene Steuereinheit bzw.
Schaltungstopologien können auch Pole zugeordnet werden, wobei jeder Anschluss (als elektromechanische Realisierung) einem individuellen Pol (als Topologieknotenpunkt ) entspricht.
Die erste Schaltvorrichtung ist zwischen dem ersten und dritten Anschluss angeschlossen. Die zweite Schaltvorrichtung ist zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss angeschlossen. Dadurch ist die erste Schaltvorrichtung eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss zu steuern, und die zweite Schaltvorrichtung ist eingerichtet, die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss zu steuern. Die zweite Ansteuer- Vorrichtung hat einen Schalterzustandseingang, der mit einem Schalterzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, anhand eines Signals, das am Schalterzustandseingang vorliegt, den Schalterzustand der zweiten Schaltvorrichtung zu steuern. Der Schalterzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, ein Signal zu liefern, dass den
Ist-Schaltungszustand der ersten Schaltvorrichtung wiedergibt, etwa einen Pegel eines Gate-Anschlusses der ersten Schalt¬ vorrichtung. Die zweite Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang eine offene erste
Schaltvorrichtung signalisiert wird. Vorzugsweise ist die zweite Ansteuervorrichtung eingerichtet, nur dann die zweite Schaltvorrichtung zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang eine offene erste Schaltvorrichtung signalisiert wird und an dem Autorisierungseingang ein Auto- risierungssignal vorliegt, dass eine Autorisierung wiedergibt.
Die zweite Ansteuervorrichtung umfasst vorzugsweise eine Lo¬ gikschaltung, die den Schalterzustandseingang und den Autorisierungseingang logisch verknüpft, insbesondere mittels einer UND-Verknüpfung . Die Logikschaltung kann insbesondere von einem Prozessor mit entsprechender Software vorgesehen werden oder von einem Logik-Gatter, so dass die Logikschaltung allgemeiner als Logik bezeichnet werden kann.
Ein Aspekt der Steuereinheit sieht vor, dass diese ferner einen Komparator aufweist, vorzugsweise einen Komparator wie vo¬ rangehend beschrieben. Der Komparator weist mindestens einen Eingang auf, vorzugsweise zwei, der bzw. die eingerichtet ist bzw. sind, mit einer Stromermittlungseinheit oder einer
Spannungsermittlungseinheit verbunden zu werden. Die Strom- ermittlungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgestattet, den Strom durch die erste Schaltvorrichtung zu erfassen. Die Spannungsermittlungseinheit ist ausgestaltet, die Spannung an dem dritten Bordnetzzweig zu erfassen. Hierzu kann die Spannungsermittlungseinheit mit einem entsprechenden Anschluss verbunden sein, um die Spannung innerhalb des dritten Bordnetzzweigs zu erfassen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ferner einen Analog/Digital-Wandler, der dem Komparator vorgeschaltet ist. In diesem Fall ist der Komparator ein digitaler Komparator. Vorzugsweise ist die Steuereinheit nur eingerichtet, mit der Spannungs- bzw. Stromermittlungseinheit verbunden zu werden. Eine alternative Ausführungsform sieht jedoch vor, dass die Steuereinheit die Spannungsermittlungseinheit bzw. die Stromermittlungseinheit umfasst. Die Steuereinheit umfasst ferner eine Normvorgabe. Die Norm¬ vorgabe ist mit dem Komparator verbunden. Dadurch ist der Komparator eingerichtet, den erfassten Strom und/oder die erfasste Spannung mit der Normvorgabe zu vergleichen. Der Komparator ist ferner dazu ausgestaltet, als Ergebnis des Vergleichs einen Versorgungszustand an einem Ausgang des Komparators auszugeben. Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Steuereinheit ferner eine Auswertungseinrichtung mit einem Eingang aufweisen. Die Auswertungseinrichtung ist ausgestaltet, ein an dem Eingang der Auswertungseinrichtung vorliegendes Lastsignal auszuwerten. Das Lastsignal gibt den Lastzustand mindestens einer Komponente des dritten (oder ersten) Bordnetzes wieder und gibt insbesondere einen aktuellen oder zukünftigen, zu erwarteten Lastzustand wieder. Das Lastsignal kann insbesondere ein Befehl zum Einschalten des Verbrauchers in dem dritten Bordnetzzweig sein. Hierdurch ist die Auswertungseinrichtung ausgestaltet, um den Versorgungszustand an einem Ausgang der Auswertevorrichtung auszugeben. Der Versorgungszustand wird somit aus dem Lastsignal abgeleitet, wobei die Auswertungseinrichtung anhand ihres Eingangs das Lastsignal erhalten kann. Deren spezifische Ausführungsform sind sowohl Komparator als auch Auswertungs- einrichtung vorgesehen, und die Auswertungseinrichtung ist mit einem Eingang des Komparators verbunden, um die für den Komparator geltende Normvorgabe zu ändern. Die Normvorgabe kann in einem Speicher hinterlegt sein, insbesondere in einem einmal beschreibbaren Speicher, einem mehrfach beschreibbaren Spei- eher, oder in einem Nur-Lese-Speicher .
Die Steuereinheit umfasst ferner einen Zustandsspeicher . Der Zustandsspeicher weist einen Eingang auf, welcher mit dem Ausgangskomparator oder der Auswertungseinrichtung verbunden ist. Der Eingang des Zustandsspeichers ist insbesondere als
CLEAR-Eingang ausgebildet. Der Zustandsspeicher sieht daher eine Funktionalität eines Flip-Flops vor, wobei der CLEAR-Eingang des Zustandsspeichers einem CLEAR-Befehl eines Flip-Flops ent¬ spricht. Der Zustandsspeicher weist einen ersten Ausgang für ein Schaltsignal auf, der mit einem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Insbesondere ist der erste Eingang des Zustandsspeichers mit dem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung zur Übermittlung eines Schaltsignals verbunden. Der Zu- Standsspeicher weist einen zweiten Ausgang für ein Autori- sierungssignal auf. Der zweite Ausgang ist mit dem Autori- sierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung zur Signalisierung einer vorliegenden Autorisierung verbunden. Die so- genannten Verbindungen sind insbesondere direkte Verbindungen.
Weiterhin kann die Steuereinheit eine Kontrolleinheit aufweisen. Die Kontrolleinheit weist einen Ausgang auf, der mit einem Eingang des Zustandsspeichers verbunden ist, welcher zur Übermittlung eines Freigabesignals dient. Der Ausgang der Kontrolleinheit ist zur Übermittlung des Freigabesignals eingerichtet. Bevorzugt ist dieser Eingang des Zustandsspei¬ chers, der mit dem Ausgang der Kontrolleinheit verbunden ist, als SET-Eingang ausgebildet. Auch hier weist der Zustandsspeicher vorzugsweise eine Flip-Flop-Funktionalität auf. Der SET-Eingang hat Vorrang vor dem CLEAR-Eingang . Der Zustandsspeicher ist daher eingerichtet, bei einem vorliegenden SET-Signal ein mögli¬ cherweise gleichzeitig vorliegendes CLEAR-Signal zu ignorieren und einem Zustand gemäß dem SET-Signal zu wählen. Die Funk- tionalität des Zustandsspeichers entspricht insbesondere einem asynchronem Flip-Flop, insbesondere ein Flip-Flop mit einem SET- und einem CLEAR-Eingang. Die Funktionalität des Zustands¬ speichers kann insbesondere einem pegelabhängiger Trigger oder einem flankengesteuerten Trigger entsprechen. Die Kontroll- einheit ist eingerichtet, den Zustand des Komparators zu di¬ agnostizieren bzw . abzurufen, insbesondere über eine Verbindung, die über den Zustandsspeicher verläuft, oder die unmittelbar an den Komparator angebunden ist. Das SET-Signal ist als Grund¬ einstellung aktiv gesetzt, auch wenn keine Verbindung zur Kontrolleinheit besteht . Hierdurch wird bei auftretenden Fehlern insbesondere in der Ansteuerung der Betrieb gewährleistet.
Die Kontrolleinheit hat ferner einen Eingang, der mit einem Ausgang des Zustandsspeichers verbunden ist, insbesondere zur Übermittlung mindestens eines Zustandssignals , das in dem Zustandsspeicher gespeichert ist. _ ,
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Die Steuereinheit umfasst ferner einen DC/DC-Wandler sowie ein DC/DC-Steuerungsmodul , an das der DC/DC-Wandler angeschlossen ist. Insbesondere ist ein Ausgang des DC/DC-Steuerungsmoduls mit einem Eingang des DC/DC-Wandlers angeschlossen. Das
DC/DC-Steuerungsmodul weist einen Eingang auf, der mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, mit dem ebenso der Autorisie- rungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Insbesondere ist dieser Eingang des Steuerungsmoduls einge¬ richtet, und innerhalb der Steuereinheit angeschlossen, ein Signal zu erhalten, dass dem Signal an dem Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung entspricht. Das
DC/DC-Steuerungsmodul ist eingerichtet, den Betrieb des
DC/DC-Wandlers zu unterdrücken, wenn an dem Eingang des
DC/DC-Steuerungsmoduls kein Signal anliegt, dass eine vor- liegende Autorisierung wiedergibt. Wird daher von dem Auto¬ risierungssignal keine Autorisierung wiedergegeben, dann unterdrückt das DC/DC-Steuerungsmodul den Betrieb des
DC/DC-Wandlers .
Das Autorisierungssignal kann eine nicht vorliegende Autori¬ sierung auf zwei Arten signalisieren: Als ein gezielt ausgegebenes Signal mit einem Pegel, der einen nicht vorliegenden Autorisierungssignal entspricht, oder durch ein Autorisie¬ rungssignal mit einem Undefinierten Signalpegel („free floa- ting") , der nicht einem Signalpegel entspricht, welcher ein vorliegendes Autorisierungssignal repräsentiert. Ein nicht vorliegendes Autorisierungssignal kann somit gezielt durch einen bestimmten Pegel signalisiert werden, oder dadurch, dass ein Undefinierter Pegel anliegt, etwa durch Freischalten eines Transistorausgangs, der jedoch nicht den Pegel erreicht, welcher zur Signalisierung eines vorliegenden Autorisierungssignals notwendig ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite An- Steuervorrichtung ein Verzögerungsglied aufweist, das den
Schalterzustandseingang oder dem Autorisierungseingang nachgeschaltet ist. Dadurch ist die zweite Ansteuervorrichtung eingerichtet, das am Schalterzustandseingang oder am Autori- sierungseingang vorliegende Signal zu verzögern. Alternativ weist die zweite Ansteuervorrichtung ein Verzögerungsglied auf, das einem Ansteuereingang, welcher mit der zweiten Schaltvorrichtung verbunden ist, vorgeschaltet ist. Ferner kann die erste Ansteuervorrichtung ein Verzögerungsglied aufweisen, das den Schalterzustandseingang der ersten Ansteuervorrichtung vorgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die zweite Ansteuervorrichtung gegenüber der ersten Ansteuervorrichtung verzögert angesteuert wird.
Anstatt oder in Kombination mit einem Verzögerungsglied kann auch ein Hystereseelement vorgesehen sein, insbesondere innerhalb des Komparators, um bei leicht variierenden Signalen am Eingang des Komparators keine unerwünschten kurzfristigen Schaltzu- Standsänderungen zu provozieren. Falls der Komparator eine
Logikschaltung umfasst, um Einzelergebnisse zu kombinieren, dann ist das mindestens eine Hystereseelement der Logik vor¬ geschaltet. Insbesondere ist das Hystereseelement den mindestens einem Eingang des Komparators nachgeschaltet. Die Anzahl der Hystereseelemente bzw. die Anzahl der Hysteresefunktionen entspricht der Anzahl der Eingänge des Komparators.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Ansteuervorrichtung selbstinhibierend ist und in energielosem Zustand die erste Schaltvorrichtung schließt. Die zweite An¬ steuervorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, nur bei einem hohen Pegel einen Schließvorgang der zweiten Schaltvorrichtung anzusteuern. Dadurch wird bei einer Vielzahl von Fehlern der Normzustand hergestellt, d. h. eine geschlossene erste
Schaltvorrichtung und eine geöffnete zweite Schaltvorrichtung, insbesondere bei Fehlern in der Stromversorgung der Steuereinheit .
Die erste sowie die zweite Schaltvorrichtung sind insbesondere Halbleiterschalter, vorzugsweise Transistoren und besonders bevorzugt MOSFETs oder Bipolartransistoren oder IGBTs. Insbesondere können als Schaltvorrichtung Halbleiterbauelemente verwendet werden mit einer Diode zwischen den beiden Leis- tungsanschlüssen, beispielsweise mit einer Substratdiode. Diese kann bei einem Ausfall der Ansteuervorrichtungen oder der Ansteuerung der Ansteuervorrichtungen zu einer Versorgung des dritten Bordnetzzweigs aus dem ersten Bordnetzzweig verwendet werden. Insbesondere die zweite Schaltvorrichtung kann nicht nur als An/Aus-Schalter vorgesehen sein, sondern als Schaltelement, dass in eingeschalteten Zustand eingerichtet ist, ein bestimmtes Potential einzustellen, insbesondere als Spannungsregler. Schließlich können die erste und die zweite Schaltvorrichtung als Relais ausgestaltet sein.
Die hier beschriebene Steuereinheit kann insbesondere für Spannungen unter 60 Volt vorgesehen sein, beispielsweise für Bordnetzzweige mit 12, 24 oder 48 Volt. Die Leistungsanschlüsse der Steuereinheit können für die gleiche Spannung vorgesehen sein, oder können für unterschiedliche Spannungen vorgesehen sein, insbesondere wenn vorgesehen ist, durch die Beschaltung der Leistungsanschlüsse Spannungen zweier Bordnetzzweige zu ad¬ dieren (durch schaltbare Reihenschaltung) . Wenn vorgesehen ist, mittels der Steuereinheit zwei der Bordnetzzweige durch die
Steuereinheit in Reihe zu schließen, dann kann zumindest eine der Bordnetzzweige auch eine geringere Spannung als 12 Volt auf¬ weisen, beispielsweise 5 Volt. Insbesondere kann der zweite Bordnetzzweig eine andere und vorzugsweise geringere Norm- Spannung aufweisen als der dritte Bordnetzzweig.
Die Steuereinheit kann hinsichtlich Spannung und Strom ausgelegt sein, über die Leistungsanschlüsse mit elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeichern verbunden zu werden, insbesondere mit Bleiakkumulatoren, Lithium-Ion-Akkumulatoren, Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulatoren, Superkondensatoranordnungen, Superkondensatoren (Supercaps) oder insbesondere Doppelschichtkondensatoren. Insbesondere kann die Steuereinheit ausgelegt sein, den ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig miteinander zu verbinden, wobei im ersten
Bordnetzzweig beispielsweise ein Bleiakkumulator vorgesehen ist, im zweiten Bordnetzzweig ein Lithium-Ion-Akkumulator oder eine Superkondensatoranordnungen bzw. ein Supercap. Dieser kann eine deutlich geringere Kapazität als der Bleiakkumulator aufweisen, jedoch mit einem im Größenbereich des Bleiakkumulators liegenden Maximalstrom ausgestattet sein, und in dem dritten Bordnetzzweig kann ein Generator vorgesehen sein. Der erste und der zweite Energiespeicher können vom gleichen Typ sein oder unterschiedlichen Typs sein. Die Kapazität des ersten Energiespeichers kann der des zweiten Energiespeichers ent¬ sprechen, kann über dieser liegen, etwa um Faktoren von mindestens 2, 5, 10, 50 oder mehr, oder kann auch unter dieser liegen .
Der DC/DC-Wandler kann insbesondere vorgesehen sein, um Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss bzw. Bordnetzzweig zu übertragen. Der DC/DC-Wandler kann bidirektional sein oder kann unidirektional sein, insbesondere ausgestaltet zur
Übertragung von Energie in den zweiten Bordnetzzweig hinein oder aus diesem heraus.
Die Steuereinheit kann realisiert werden mittels einer fest¬ verdrahten Schaltung, einer konfigurierbaren oder program- mierbaren Schaltung und zugehöriger Software, sowie durch eine Kombination hiervon. Insbesondere kann die Steuereinheit mittels eines ASICs oder eines FPGAs realisiert werden, vorzugsweise mittels einer monolithischen integrierten Schaltung. Alternativ oder in Kombination hiermit können Mikroprozessoren verwendet werden, insbesondere Mikroprozessoren mit geringer Bitbreite. Dies ermöglicht den Einsatz von Low-cost-Mikroprozessoren mit einer Bitbreite von lediglich 8-bit oder 10-bit. Insbesondere die Kontrolleinheit kann mittels einer Schaltung realisiert werden, die sich von weiteren Schaltungen unterscheidet, welches weitere Komponenten der Steuereinheit realisiert. Insbesondere die
Ansteuervorrichtungen, der Komparator und/oder der Zustands- speicher werden von dem gleichen elektronischen Bauteil, insbesondere mittels eines ASICs umgesetzt. Hierbei kann auch der Analog/Digital-Wandler Teil des Bauelements sein. Das
DC/DC-Steuerungsmodul kann Teil einer monolithischen inte¬ grierten Schaltung oder auch eines ASICs sein oder Teil eines Bauelements, welches auch den Komparator und die zwei An¬ Steuervorrichtungen realisiert. Die Normvorgabe kann als Speicherelement innerhalb desjenigen elektronischen Bauelements realisiert sein, welches die vorgenannten Komponenten der Steuereinheit realisiert und konfiguriert und programmiert werden kann.
Schließlich wird ein Fahrzeugbordnetz mit einer wie hier beschriebenen Steuereinheit dargestellt. Das Fahrzeugbordnetz umfasst den ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig. In dem ersten Bordnetzzweig sind ein Verbrennungsmotorstarter und eine Starterbatterie vorgesehen, insbesondere ein Bleiakkumulator. Der Verbrennungsmotorstarter entspricht dem elektrischen Bauelement, welches innerhalb des Fahrzeugbordnetzes als Störer auftreten und Spannungseinbrüche erzeugen kann. In dem zweiten Bordnetzzweig ist ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher vorgesehen, insbesondere ein Lithium-Akkumulator oder eine Superkondensatoranordnung. Der elektrische zweiter Leistungsspeicher hat eine Stromabgabefähigkeit, die ungefähr der Stromabgabefähigkeit der Starterbatterie entspricht. Jedoch kann die Kapazität der Superkondensatoranordnung deutlich unter der der Starterbatterie liegen. Beispielsweise kann die
Superkondensatoranordnung eine Energiemenge fassen, die nicht mehr als 1/10, 1/100 oder 1/1000 der Energiemenge entspricht, die in der Starterbatterie gespeichert werden kann. Der zweite Leistungsspeicher kann als elektrostatischer Speicher oder elektrochemischer Speicher vorgesehen sein, wobei die Starterbatterie vorzugsweise als elektrochemischer Speicher aus¬ gebildet ist. Der zweite Leistungsspeicher kann jedoch auch mit einer Kapazität ausgestattet sein, die größer als die des ersten Leistungsspeichers ist, und beispielsweise um einen Faktor von mindestens 10, 100 oder 1000 über dieser liegt.
In dem dritten Bordnetzzweig ist ein Generator vorgesehen, der eine Antriebswelle aufweist. Diese ist eingerichtet, mit dem Abtrieb eines Verbrennungsmotors verbunden zu werden. Der dritte Bordnetzzweig umfasst ferner einen gegenüber Spannungseinbrüchen oder -spitzen sensiblen Verbraucher, insbesondere einen Verbraucher mit einer Minimal-Betriebsspannung, etwa eine Verbrennungsmotorsteuerung oder einer Bordelektronik. Der Verbraucher im dritten Bordnetzzweig kann insbesondere eine maximale Spannungsänderungsrate aufweisen, so dass kurzfristige Einbrüche oder Spitzen, die in dem ersten Bordnetzzweig verursacht werden, durch Zuschalten des zweiten Bordnetzes ver- ringert werden müssen.
Die Last im dritten Bordnetzzweig, d. h. der sensible Ver¬ braucher, kann ferner auch eine Beleuchtung, insbesondere eine Außen- und/oder Innenbeleuchtung des Fahrzeugs sein, welches in unerwünschter Weise flackert, wenn Spannungseinbrüche auf¬ treten. Der Verbraucher im ersten Bordnetzzweig, d. h. im speziellen der Starter des Verbrennungsmotors, kann ferner ein elektrischer Antrieb sein, der insbesondere mehr als 50, 100, 200, 500 oder 1000 Ampere zum Betrieb anfordert, etwa eine elektrische Lenkung.
Die ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweige können in unterschiedlicher Weise zueinander geschaltet sein, wobei jedoch vorzugsweise der zweite Bordnetz zweig über die Steuereinheit und deren Schaltvorrichtungen dem dritten Bordnetzzweig spannungs- und stromunterstützend zugeschaltet wird. Eine spannungsun- terstützende Zuschaltung entspricht einer Reihenschaltung, so dass sich die Spannung im dritten Bordnetzzweig um die Spannung im zweiten Bordnetzzweig erhöht. Eine stromunterstützende Zuschaltung entspricht einer Parallelschaltung des zweiten
Bordnetzzweigs zum dritten Bordnetzzweig, so dass der dritte Bordnetzzweig den Strom aus dem zweiten Bordnetzzweig erhält. Dadurch wird der von außen erkennbare Innenwiderstand der zusammengeschalteten Energiespeicher verringert. Im letztge- nannten Fall der Parallelschaltung wird vorzugsweise gleichzeitig der erste Bordnetzzweig vom dritten Bordnetzzweig ab¬ getrennt, so dass die Stromunterstützung durch den zweiten Bordnetzzweig darin besteht, dass die elektrische Energie zur Stützung des dritten Bordnetzzweigs nur aus dem zweiten
Bordnetzzweig und nicht aus dem ersten Bordnetzzweig stammt.
In den Figuren sind symbolhaft einige Bordnetztopologien dargestellt, in denen die hier beschriebenen ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweige über eine Steuereinheit, wie hier be¬ schrieben ist, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind alle Bordnetzzweige untereinander über die hier beschriebene Steuereinheit verbunden. Alternativ ist zumindest der zweite Bordnetzzweig über die Steuereinheit mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig verbunden.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit kann mittels einer fest¬ verdrahteten Logikschaltung, mittels programmierbaren Daten- Verarbeitungseinheiten wie MikroController mit zugehörigem Programmcode, mittels festverdrahteten Logikschaltungen mit mindestens einer programmierbaren Datenverarbeitungseinheit, zugehörigen Programmcode aufweist, oder einer Kombination umgesetzt werden. Die Steuereinheit kann einen Festspeicher umfassen, in dem Konfigurierungsdaten (Schwellwerte, Filterparameter, Hystereseparameter, usw.) gespeichert sind. Der Festspeicher kann als einmalig beschreibbarer Speicher ausgeführt sein, etwa als Nur-Lesespeicher (ROM) oder auch als Flash-Speicher. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steu- ereinheit mit einer monolithischen integrierten Schaltung oder mit einem ASIC umgesetzt werden, wobei zumindest eine der Komponenten (etwa die Kontrolleinheit) mittels eines zum ASIC externen Elements (bspw. ein MikroController) realisiert wird. Der Komparator (vorzugsweise als digitale Vergleichsvorrichtung ausgeführt) , der Zustandsspeicher und die Ansteuervorrichtungen sind vorzugsweise als integrierte Schaltung, etwa als ASIC, ausgeführt. In diese integrierte Schaltung können ferner der Analog/Digital-Wandler und/oder das DC/DC-Steuerungsmodul integriert sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahr¬ zeugbordnetzes mit einer Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Steuereinheit,
die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit in Blockdarstellung und die Figuren 3a, 3b und 3c sind schematische Darstellungen verschiedener Bordnetztopologien, in denen die erfindungsgemäße Steuereinheit eingesetzt werden kann. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahr¬ zeugbordnetzes mit einem ersten Bordnetzzweig 10, einem zweiten Bordnetzzweig 20 und einem dritten Bordnetzzweig 30. Die Bordnetzzweige 10, 20 und 30 sind mittels einer Steuereinheit 40 miteinander verbunden. Der erste Bordnetzzweig 10 umfasst einen Verbraucher 12 bzw. einen optionalen Verbraucher 12 λ sowie einen ersten elektrischen Energiespeicher 14 in Form eines
Blei-Säure-Akkumulators. Der erste elektrische Energiespeicher 14 entspricht einem erster Leistungsspeicher und wird als
Starterbatterie verwendet. Der Verbraucher 12 bzw. 12 λ ist ein elektrischer Verbraucher mit hoher Stromanforderung geeignet zur Erzeugung von Spannungseinbrüchen im Bordnetz. Der Verbraucher 12 bzw. 12 λ ist als Startermotor für ein Verbrennungsmotor ausgebildet, insbesondere als Riemen- oder Ritzelstarter.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann als Verbraucher in dem ersten Bordnetzzweig 10 (oder auch in dem dritten Bordnetzzweig 30) beispielsweise ein elektrischer Lenkantrieb vorgesehen sein, dessen Betrieb ebenso Spannungseinbrüche erzeugen kann.
In dem zweiten Bordnetzzweig ist als elektrischer Energie¬ speicher ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher 22 vorgesehen, der als Lithium-Akkumulator ausgebildet ist. Alternativ kann als zweiter Leistungsspeicher 22 eine
Superkondensatoranordnung verwendet werden. Der Verbraucher 24 innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs 20 stellt eine optionale Komponente dar. Der Verbraucher 24 kann beispielsweise rea¬ lisiert sein als Datensteuerung oder Zustandsüberwachung, die dem zweiter Leistungsspeicher 22 zugeordnet ist, um zumindest einen Betriebsparameter des zweiter Leistungsspeichers 22 zu überwachen, zu steuern oder zu regeln, beispielsweise den Ladungs zustand . Das dritte Bordnetz 30 umfasst einen Generator 32 sowie einen Verbraucher 34. Der Verbraucher 34 entspricht einen Verbraucher, der mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise vor Steue¬ rungseinbrüchen geschützt wird, d. h. eine Last, die gegenüber Spannungseinbrüchen sensibel ist. Die Last umfasst insbesondere die Beleuchtung oder die Bordelektronik, beispielsweise eine Motorsteuerung oder Leistungs-, Unterhaltungs- oder Fahrerassistenzkomponenten. Insbesondere ist der Verbraucher 34 ein Verbraucher, der bei einer Spannungsminderversorgung keine oder nur eine eingeschränkte Funktionalität bietet. Der Verbraucher 34 kann ferner ein Verbraucher sein, dessen Funktion nach einem Spannungseinbruch zumindest zeitweise vermindert ist, bei¬ spielsweise Komponenten, deren Funktion erst nach einem
Boot-Vorgang zur Verfügung steht.
Eine Steuereinheit 40 ist mit dem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig 10, 20 und 30 verbunden. Insbesondere verbindet die Steuereinheit die drei Bordnetze 10 - 30 untereinander. Die Steuereinheit verbindet hierbei ein Versorgungspotential, d. h. das positive Versorgungspotential der drei Bordnetzzweige 10 - 30 gesteuert miteinander. Die Bordnetzzweige haben in der Topologie, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, ein gemeinsames weiteres Versorgungspotential, d. h. Masse. Zum Anschluss der Bordnetzzweige 10 - 30 an die Steuereinheit 40 umfasst die Steuereinheit einen ersten Anschluss 41, einen zweiten Anschluss 42 und einen dritten Anschluss 43. Der erste Anschluss 41 ist zur Verbindung mit dem ersten Bordnetzzweig 10 eingerichtet, der zweite Anschluss 42 ist zur Verbindung mit dem zweiten Bord¬ netzzweig 20 eingerichtet, und der dritte Anschluss 43 ist zur Verbindung mit dem dritten Bordnetzzweig 30 eingerichtet. Die drei als Leistungsanschlüsse vorgesehene Anschlüsse 41 - 43 sind als elektrische Kontakte ausgeführt, beispielsweise als
Steckkontakte und/oder Schraubkontakte, und sind insbesondere aufgrund ihres Querschnitts und Materials eingerichtet,
Stromstärken von mindestens 50 Ampere, insbesondere von min¬ destens 100 Ampere und vorzugsweise von mindestens 200 Ampere zu übertragen . Die Steuereinheit 40 umfasst eine erste Schaltvorrichtung 50 sowie eine zweite Schaltvorrichtung 52. Die erste und die zweite Schaltvorrichtung sind jeweils als N-MOSFET ausgebildet. In der ersten Schaltvorrichtung 50 ist zudem eine Substratdiode 50 λ der ersten Schaltvorrichtung 50 eingezeichnet. Die Substratdiode 50 λ ist dargestellt, um einen möglichen Stromfluss vom ersten Bordnetzzweig 10 zum dritten Bordnetzzweig 30 zu erläutern, der auch ohne Ansteuerung der Schaltvorrichtung 50 stattfindet, wenn die Spannung im dritten Bordnetzzweig 30 entsprechend geringer ist als die Spannung im ersten Bordnetzzweig 10. Auch die zweite Schaltvorrichtung 52 weist eine Substratdiode auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in Figur 1 eingezeichnet ist . Die Steuereinheit umfasst ferner eine Schaltungsanordnung 60, die anhand von Figur 2 näher erläutert wird, sowie einen op¬ tionalen DC/DC-Wandler 70, der einen Steuereingang aufweist, welcher mit der Schaltungsanordnung 60 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 70 umfasst neben einem DC/DC-Steuerungsmodul ferner zwei Leistungsanschlüsse, die mit dem ersten Anschluss 41 bzw. mit dem zweiten Anschluss 42 verbunden sind, um Energie vom ersten Anschluss an den zweiten Anschluss zu liefern, und/oder umgekehrt . Die erste Schaltvorrichtung 50 ist zwischen dem ersten Anschluss 41 und dem dritten Anschluss 43 angeschlossen und verbindet diese steuerbar. Die zweite Schaltvorrichtung 52 ist zwischen dem zweiten Anschluss 42 und dem dritten Anschluss 43 angeschlossen und verbindet diese steuerbar. Eine zweite Schaltvorrichtung 52, welche unmittelbar an den dritten Anschluss 43 angeschlossen ist, ist ebenso an ein Ende der Schaltvorrichtung 50 angeschlossen, das unmittelbar mit dem dritten Anschluss 43 verbunden ist. Die Schaltvorrichtungen 50 und 52 umfassen jeweils einen Steuerungseingang, insbesondere einen Ga- te-Anschluss , der mit der Schaltungsanordnung 60 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung 60, welche in Figur 2 näher dargestellt ist, steuert den Schaltungszustand der ersten und zweiten Schaltvorrichtung 50 und 52. Die Schaltungsanordnung 60 umfasst ferner einen Dateneingang 80, der anhand der Figur 2 näher erläutert wird. Das gestrichelt dargestellte Rechteck der Figur 1 entspricht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit 40.
Die Figur 2 zeigt steuerbar ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit. Die Schaltung innerhalb dem gestrichelten Rechteck entspricht (abgesehen von der Zuordnung eines DC/DC-Wandlers 170) der Schaltungsanordnung 60 der Figur 1.
Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst eine erste Ansteuervorrichtung 110 sowie eine zweite Ansteuervor- richtung 120. Die Ansteuervorrichtungen 110 und 120 weisen jeweils Steuerungsausgänge auf, die mit den Steuerungseingängen einer ersten Schaltvorrichtung 150 und einer zweiten Schaltvorrichtung 152 verbunden sind. Die Schaltvorrichtungen 150 und 152 entsprechen den Schaltvorrichtungen 50 und 52 und sind, wie dargestellt, in Reihe miteinander verbunden. Die Schaltvor- richtungen 150 und 152 sind ferner in Reihe mit einem zweiter Leistungsspeicher 122 des zweiten Bordnetzzweigs verbunden. Zwischen dem zweiter Leistungsspeicher 122 und der zweiten Schaltvorrichtung 152 befindet sich der zweite Anschluss 142. Zwischen der ersten Schaltvorrichtung 150 und der zweiten Schaltvorrichtung 152 befindet sich der dritte Anschluss 143. Auf der Seite der ersten Schaltvorrichtung 150, die der zweiten Schaltvorrichtung 152 abgewandt ist, befindet sich der erste Anschluss 141. Der erste, zweite und dritte Anschluss 141 - 143 sowie die erste und zweite Schaltvorrichtung 150, 152 in der Figur 2 entsprechen dem ersten, zweiten und dritten Anschluss 41, 42 und 43 bzw. der ersten und zweiten Schaltvorrichtung 50, 52 der Figur 1.
Ein Pol A der in Figur 1 dargestellten Schaltung kann dem Anschluss 41 zugeordnet werden, ein Pol C kann dem zweiten Anschluss 42 zugeordnet werden, ein Pol B kann dem dritten Anschluss 43 zugeordnet werden und ein Pol D kann der Masse der Schaltung zugeordnet werden. Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst ferner einen Dateneingang 180. An diesem Dateneingang liegen zwei vorzugsweise analoge Signale (oder deren digitalisierte
Äquivalenten) an, die zwei Betriebsparametern des ersten oder dritten Bordnetzes entsprechen, insbesondere der Betriebs¬ spannung im dritten ersten oder Bordnetzzweig 30, sowie dem Strom, der über die erste Schaltvorrichtung 50, 150 fließt. Hierzu umfasst der Dateneingang 180 zwei getrennte Leitungen, über die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung analoge Signale erhält. Die in Figur 2 dargestellte Steuereinheit umfasst ferner ein Analog/Digital-Wandler 182, der die Signale des Dateneingangs 180 in digitale Signale umwandelt. Anstatt des Analog/Digital-Wandler 182 kann auch ein Pegelwandler vorgesehen sein .
Es können Strom- und Spannungsermittlungseinheiten vorgesehen sein, die den Strom über die ersten Schaltvorrichtung 50, 150 bzw. die Spannung am erste oder dritten Anschluss 43, 143 erfassen, vgl. Figur 1. Da der Ort der Stromermittlungseinheit dem Ort der Schaltvorrichtung 50 bzw. 150 und der Ort der Spannungser- mittlungseinheit dem Ort des dritten Anschlusses 43, 143 entspricht, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit von weiteren Zeichnungselementen zur Darstellung der Erfassungsvorrichtungen abgesehen, da die bereits bestehenden Zeichnungselemente zur Darstellung der Anschlüsse 41, 43 bzw. 141, 143 auch zur Darstellung der Erfassungsvorrichtungen verwendet werden können .
Ferner ist die Stromermittlungseinheit vorzugsweise an oder zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss 41 bzw. 141 und 43 bzw. 143 vorgesehen. Die Stromermittlungseinheit ist somit der ersten Schaltvorrichtung 50 bzw. 150 vor- oder nachgeschaltet und erfasst den Strom, der durch diese fließt. Ferner kann die Spannungsermittlungseinheit parallel zu dem für Spannungs- einbrüche sensiblen Verbraucher 34 bzw. 134 geschaltet sein. Insbesondere erfasst die Spannungsermittlungseinheit das Po¬ tential des positiven Anschlusses des Verbrauchers 34 bzw. 134, um Spannungseinbrüche zu erfassen. Die Signale, die von der Stromermittlungseinheit und der Spannungsermittlungseinheit erzeugt werden, werden über den Dateneingang 80 bzw. 180 der Schaltungsanordnung 60 zugeführt. Die Stromermittlungseinheit kann vorgesehen sein mittels eines Shunt-Widerstands oder mittels eines Hall-Elements, während die Spannungsermittlungseinheit durch einen einfachen Kontakt oder durch eine Anzapfung vorgesehen sein kann, die ggf. an ein Spannungsteil angeschlossen ist. Die Anzapfung bzw. der
Spannungsteiler liefert das Signal, dass den Dateneingang 80 bzw. 180 der Schaltungsanordnung 60 zugeführt wird.
Der Analog/Digital-Wandler 182 überträgt die umgewandelten digitalen Signale an einen Komparator 162 der Steuereinheit. Der Komparator umfasst eine Vorgabe 162 mit der die Signale, welche von dem Analog/Digital-Wandler 182 abgegeben werden, verglichen werden. Der Komparator umfasst ferner eine Logik 163, die eine logische Kombination der Vergleichsergebnisse durchführt, die als Resultate des Vergleichs der Vorgabe 162 λ sind. Die Logik 163 kombiniert die Einzelvergleichsergebnisse, die sich aus den einzelnen Vergleichen der Signale mit der Vorgabe 162 λ ergeben.
Der Komparator 162 gibt einen Versorgungszustand an einen Zustandsspeicher 164 ab, wobei der Versorgungszustand dem Vergleichsergebnis entspricht, das die Logik 163 des Komparators 162 erzeugt. Der Zustandsspeicher 164 weist einen CLEAR-Eingang auf, der mit dem Ausgang des Komparators 162 verbunden ist. Der Zustandsspeicher 164 weist eine Flip-Flop-Funktionalität auf, insbesondere die Funktionalität eines asynchronen Flip-Flops. Dieser nimmt einen Zustand ein gemäß dem CLEAR-Eingang sowie gemäß einem SET-Eingang 165. Hierbei dominiert der SET-Eingang über den CLEAR-Eingang bei der Zustandsdefinition des Zu- standsspeichers 164. Der SET-Eingang 165 entspricht einem Eingang für ein Freigabesignal.
Eine Kontrolleinheit 190 weist einen Ausgang auf, der mit dem SET-Eingang 165 verbunden ist. Über diesen wird ein Freigabesignal von der Kontrolleinheit 190 an den Zustandsspeicher 164 abgegeben, welche dem SET-Signal entspricht . Die Kontrolleinheit 190 weist ferner einen Eingang 192 auf, über den Betriebsparametersignale des Fahrzeugbordnetzes oder des Fahrzeugs selbst an die Kontrolleinheit 190 übertragen werden können. Insbe- sondere ist die Kontrolleinheit 190 über eine vorzugsweise bidirektionale Verbindung mit dem Zustandsspeicher 164 verbunden. Über diese Verbindung können ferner Diagnosesignale und/oder PrüfSignale übermittelt werden. Über die Verbindung kann die Kontrolleinheit 190 Zustandspegel des Zustandsspeichers 164 empfangen und kann ferner in dem Zustandsspeicher 164 gespeicherte Zustände setzen. Das Setzen von Zuständen in dem Zustandsspeicher durch die Kontrolleinheit 190 hat Vorrang vor dem SET-Signal und vor dem CLEAR-Signal . Die Steuereinheit kann anstatt oder in Kombination mit dem Komparator eine Auswer- tungseinrichtung wie oben beschrieben umfassen. Diese ist an der gleichen Stelle vorgesehen wie der Komparator 162 und erhält der Übersichtlichkeit wegen kein eigenes Bezugszeichen. Vielmehr kann das Bezugszeichen 162 und das zugehörige Zeichenelement auch für die Auswertungseinrichtung gelten.
Der Zustandsspeicher 164 weist ferner einen Ausgang 166 auf, über den ein Autorisierungssignal an die dort angeschlossene zweite Ansteuervorrichtung 120 übertragen werden. Der Zustandsspeicher umfasst ferner einen Ausgang 167, über den dieser mit der ersten Ansteuervorrichtung 110 verbunden ist, um der ersten Ansteuervorrichtung 110 ein Schaltsignal zu übermitteln. Anhand des Schaltsignals erzeugt die erste Ansteuervorrichtung 110 ein Steuersignal für den Steuereingang der Schaltvorrichtung 150. Dadurch setzt die erste Ansteuervorrichtung 110 das Schaltsignal 167 unmittelbar in einer Ansteuerung der ersten Schaltvorrichtung 150 um.
Die zweite Ansteuervorrichtung 120 umfasst einen Autorisie- rungseingang 121, über den diese mit dem Ausgang 166 des Zu- Standsspeichers 164 verbunden ist. Ferner weist die zweite
Ansteuervorrichtung 120 einen Schalterzustandseingang 123 auf, der mit einem Schalterzustandsausgang 111 der ersten Ansteuervorrichtung 110 verbunden ist. Das Signal an dem Schalterzustandsausgang 111 der ersten Ansteuervorrichtung 110 entspricht nicht notwendigerweise dem Schaltsignal am
Schaltsignalausgang 167 des Zustandsspeichers . Vielmehr entspricht der Schalterzustandsausgang 111 dem tatsächlichen, an die erste Schaltvorrichtung 150 abgegebenen Schaltsignal, dass von der Ansteuervorrichtung 110 an die Schaltvorrichtung 150 übertragen wird. Die zweite Schaltvorrichtung ist eingerichtet, nur dann ein Schaltsignal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 an die zweiten Schaltvorrichtung 152 abzugeben, wenn sowohl am Schalterzustandseingang 123 als auch am Auto- risierungseingang 121 ein entsprechendes Signal anliegt. Dies bedeutet, dass die zweite Ansteuervorrichtung 120 nur dann die zweite Schaltvorrichtung 152 zum Schließen ansteuert, wenn eine Autorisierung am Autorisierungseingang 121 anliegt und wenn ferner am Schalterzustandseingang 123 ein Signal anliegt, das eine geöffnete Schaltvorrichtung 150 wiedergibt. Der Schal¬ terzustandsausgang der ersten Ansteuervorrichtung 110 gibt dann ein Signal aus, das einer geöffneten ersten Schaltvorrichtung 150 entspricht, wenn der mit der ersten Schaltvorrichtung 150 verbundene Steuerausgang der ersten Ansteuervorrichtung 110 ein Ansteuersignal vorsieht, durch dass die erste Schaltvorrichtung zum Öffnen angesteuert wird.
Die Steuereinheit kann ein Verzögerungsglied aufweisen, welches das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 verzögert. Das Verzögerungsglied kann hierzu in der zweiten Ansteuervorrichtung 120 vorgesehen sein, um deren Signalausgabe oder deren Signaleingang, vergleiche Bezugszeichen 121 und 123, zu verzögern. Das Verzögerungsglied kann ferner in der ersten Ansteuervor- richtung vorgesehen sein, um die Abgabe des Schalterzu- standssignals zu verzögern. In einem Speicher der Steuereinheit, etwa einem Nur-Lesespeicher oder einem Flash-Speicher kann die Verzögerungsdauer des Verzögerungsglieds hinterlegt sein. Die Verzögerungsdauer kann konfigurierbar oder programmierbar sein, etwa über ein Signal, das von der Kontrolleinheit abgegeben wird. Gleichermaßen kann der Empfang oder die Verarbeitung des Schalterzustandssignals innerhalb der zweiten Ansteuervor¬ richtung durch das dort vorliegende Verzögerungsglied verzögert werden. Schließlich kann zwischen dem Zustandsspeicher 164 und der zweiten Ansteuervorrichtung 120 ein Verzögerungsglied vorgesehen sein, um das Autorisierungssignal zu verzögern. Mit dem Bezugszeichen 113 sind verschiedene mögliche Orte des Verzögerungsglieds dargestellt, wobei vorzugsweise das Ver¬ zögerungsglied innerhalb der zweiten Ansteuervorrichtung vorgesehen ist und dem mit der zweiten Schaltvorrichtung 152 verbundenen Steuerausgang der zweiten Ansteuervorrichtung 120 unmittelbar vorgeschaltet ist. Das Verzögerungsglied verzögert insbesondere nur das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 und verzögert nicht oder nur in geringerem Maße das Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform umfasst ferner ein DC/DC-Steuerungsmodul 172 und einen darin angeschlossenen und davon angesteuerten DC/DC-Wandler 170. Der DC/DC-Wandler 170 weist Leistungsanschlüsse auf, die mit dem zweiten Anschluss 142 und dem ersten Anschluss 141 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Stromlaufpfade zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss und dem DC/DC-Wandler 170 in Figur 2 nicht dargestellt. Hinsichtlich des Orts des DC/DC-Wandlers 170 stellt die Figur 2 eine Alternative zur Anordnung von Figur 1 dar, wobei der DC/DC-Wandler Teil der Schaltungsanordnung sein kann (nicht dargestellt) , oder extern zu der Schaltungsanordnung vorgesehen sein kann, wie es Figur 2 darstellt. Jedoch ist der DC/DC-Wandler vorzugsweise Teil der erfindungsgemäßen Steuereinheit wie es in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Das DC/DC-Steuerungsmodul 172 ist eingerichtet, bei einem vor¬ liegenden Autorisierungssignal (d. h. bei vorliegender Auto- risierung) , den Betrieb des einen zusätzlichen Aktivierungseingang aufweisen, so dass das DC/DC-Steuerungsmodul trotz vorliegendem Autorisierungssignal den Betrieb des
DC/DC-Wandlers zulässt, wenn ein Aktivierungssignal vorliegt. Wenn das Autorisierungssignal vorliegt, kann die erste
Schaltvorrichtung 150 geöffnet werden; gibt die erste
Schaltvorrichtung 150 jedoch kein Öffnungssignal ab, kann die zweite Schaltvorrichtung 152 nicht geschlossen werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Schaltvorrichtung 150 nicht geöffnet werden kann, wenn kein Autorisierungssignal vorliegt. Das DC/DC-Steuerungsmodul 172 bleibt vorzugsweise¬ aktiv, wenn kein Autorisierungssignal vorliegt. Das
DC/DC-Steuerungsmodul 172 wird vorzugsweise inaktiv, wenn ein Autorisierungssignal vorliegt . Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass das DC/DC-Steuerungsmodul aktiv bleibt, wenn ein Auto¬ risierungssignal vorliegt. Die letztgenannte Möglichkeit kann mittels einer veränderbaren Konfiguration eingestellt und/oder ausgestellt werden. Ferner kann eingestellt werden, dass das DC/DC-Steuerungsmodul unabhängig von Schaltzuständen der
Schaltvorrichtungen und/oder unabhängig von dem Autorisierungssignal aktiviert oder deaktiviert wird.
Das DC/DC-Steuerungsmodul 170 erhält das Autorisierungssignal insbesondere für einen Schaltungspunkt, der auch mit einem
Autorisierungseingang der zweiten Ansteuervorrichtung verbunden ist. Der Schaltungspunkt ist dem Autorisierungssignalausgang 166 des Zustandsspeichers 164 nachgeschaltet oder entspricht diesem. Die Eingänge 121 und 123 der zweiten Ansteuervorrichtung 120 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die zweite Ansteuer¬ vorrichtung 120 dann ein Signal zum Schließen der zweiten Schaltvorrichtung abgibt, wenn an beiden Eingängen 121, 123 ein hoher Pegel (high level) oder ein anderer Pegel, der als Einschaltsignal dient, vorliegt. Dadurch kann in etwa bei
Unterbrechung des Signalflusses die Schaltvorrichtung 152 nicht geschlossen werden, da bei einem offenen Eingang (floating) kein hoher Pegel (low level) vorliegt, der ein Schließen der zweiten Schaltvorrichtung 152 durch die zweite Ansteuervorrichtung 120 verursachen würde.
Ein Pol A der in Figur 2 dargestellten Schaltung kann dem Anschluss 141 zugeordnet werden, ein Pol C kann dem zweiten Anschluss 142 zugeordnet werden, ein Pol B kann dem dritten Anschluss 143 zugeordnet werden und ein Pol D kann der Masse der Schaltung zugeordnet werden. 4
Die Figuren 3a - 3c zeigen verschiedene Bordnetztopologien, in denen die hier beschriebene Steuereinheit eingesetzt werden kann. In den Figuren 3a - 3c sind unterschiedliche Anordnungen von Bordnetzzweigen und jeweils einer Steuereinheit dargestellt, wobei die Steuereinheit in den Figuren 3a - 3c durch ein ge¬ stricheltes Rechteck wiedergegeben ist.
Die Topologie der Figur 3a entspricht der Topologie der Figuren 1 und 2. Ein erster Bordnetzzweig 210 umfasst als elektrischer Energiespeicher einen erster Leistungsspeicher 214 sowie einen dynamischen Verbraucher 212, dessen Betrieb zu Spannungseinbrüchen führen kann. Ein zweiter Bordnetzzweig 220 umfasst einen zweiter Leistungsspeicher 222 als elektrischer Energiespeicher sowie einen Verbraucher 224, der beispielsweise die Be¬ triebsüberwachungselektronik des zweiter Leistungsspeichers 222 ist. Der Verbraucher 224 ist nur der Vollständigkeit halber wiedergegeben; der Strombedarf durch den Verbraucher 24 ist gegenüber dem Strombedarf des Verbrauchers 212 oder des Verbrauchers 234 vernachlässigbar. Der dritte Bordnetzzweig 230 umfasst einen Generator 232 sowie einen Verbraucher 234, der gegenüber Spannungseinbrüchen empfindlich ist, beispielsweise ein Verbraucher mit einer Minimal-Betriebsspannung .
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinheit 240 verbindet diese Bordnetzzweige untereinander und weist daher drei Leistungsanschlüsse auf, um die jeweiligen positiven Potentiale der drei Bordnetzzweige 210 - 230 miteinander ge¬ steuert zu verbinden. Im Normalfall verbindet die Steuereinheit 240 das erste Bordnetz 210 mit dem dritten Bordnetz 230. Über diese Verbindung erhält der erster Leistungsspeicher 214 (etwa ein Bleiakkumulator) elektrische Energie von dem Generator 232. Der erste und der dritte Bordnetzzweig bilden einen Bord¬ netzabschnitt, in dem gleichermaßen der potentiell störende Verbraucher 212 und der gegenüber Spannungseinbrüchen sensitive Verbraucher 234 miteinander verbunden sind. In diesem Fall erhält der Verbraucher 234 gleichermaßen von dem erster Leistungsspeicher 214 und von dem Generator 232 elektrische Energie. Erzeugt der Verbraucher 212 eine Störung, so trennt die Steuereinheit 240 den dritten Bordnetzzweig von dem ersten Bordnetzzweig 210. Um die entstehende Versorgungslücke zu schließen, wird der zweite Bordnetzzweig 220 zugeschaltet, insbesondere parallel zu dem dritten Bordnetzzweig 330.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Generator 232 nicht innerhalb des dritten, sondern innerhalb des ersten Bord¬ netzzweigs 210 vorgesehen, vgl. gestrichelte Linien. In diesem Fall wird bei Spannungseinbrüchen die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig 210, 230 von der Steu¬ ereinheit 240 getrennt und der Verbraucher 234 wird im Folgenden (nur) von dem zweiter Leistungsspeicher 222 versorgt.
Die in Figur 3a dargestellte Topologie weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum ersten Bordnetzzweig 210, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum zweiten Bordnetzzweig 220, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 240 zum dritten Bordnetzzweig 230 sowie einen Pol D auf, der der Masse entspricht.
In der Figur 3b ist eine weitere Bordnetztopologie dargestellt, in der die hier beschriebene Steuereinheit eingesetzt werden kann. Die Figur 3b zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 340 verbindet einen zweiten Bord- netzzweig 320 mit einem ersten und einem dritten Bordnetz zweig 310 und 330. Der erste Bordnetzzweig umfasst einen
Verbraucher in Form eines Startermotors 312 für einen Verbrennungsmotor sowie einen erster Leistungsspeicher 314 als elektrischer Energiespeicher. Der dritte Bordnetzzweig 330 umfasst einen Generator 332 und einen gegenüber Steuerungseinbrüchen sensiblen Verbraucher 334, etwa Bordelektronik. Während der Starter 312, der Generator 332 und der gegenüber Spannungseinbrüchen sensible Verbraucher 334 zusammengeschaltet sind, ist nur ein Anschluss des erster Leistungsspeichers 314 mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig 310, 330 verbunden, während ein weiterer Anschluss, insbesondere der Minuspol, der mit der Steuereinheit 340 verbunden ist. Die Steuereinheit ist ferner mit Masse verbunden, wie es an der linken Seite der unteren Kante der Steuereinheit 340 dargestellt ist. Im Normalfall ist der erste Energiespeicher 314 direkt mit der Masse verbunden. Falls an der gegenüber den Spannungs- einbrüchen empfindlichen Last 334 ein Spannungseinbruch auftritt, so verbindet die Steuereinheit 340 den ersten Leis¬ tungsspeicher 314 nicht mit Masse, sondern in Reihe mit dem zweiten Leistungsspeicher 322 des zweiten Bordnetzzweigs. Es ergibt sich durch die Reihenschaltung eine höhere Spannung, die sich aus der Spannung der beiden Energiespeicher 314 und 322 zusammensetzt. Mit dieser Spannung wird der gegenüber Spannungseinbrüchen empfindliche Verbraucher 334 sowie der Verbraucher 312 (in Form eines Startermotors) versorgt. Durch die zusätzliche Reihenschaltung mit dem zweiten Leistungsspeicher 322 wird der Spannungseinbruch zumindest teilweise kompensiert. Dadurch wird die Spannungsversorgung für den dritten Bordnetzzweig 330 gestützt, auch wenn der dritte Bordnetzzweig 330 mit dem ersten Bordnetzzweig 310 (teilweise) verbunden bleibt. Durch die Reihenschaltung mit dem zweiten Bornetzzweig bei kritischem Versorgungszustand wird der dritte Bordnetzzweig auf andere Weise mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden, als bei unkritischem Versorgungszustand.
Die Steuereinheit 340 kann einen zusätzlichen Anschluss 395 aufweisen, der mit dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist, wobei innerhalb der Steuereinheit ein
DC/DC-Wandler (vgl. Figur 1) vorgesehen ist, welcher diesen zusätzlichen Anschluss 395 mit dem zweiten Bordnetzzweig 320 verbindet. Über den DC/DC-Wandler kann Energie von dem ersten bzw. dritten Bordnetzzweig an den zweiten Bordnetzzweig 320 geliefert werden, üblicherweise im normalen Betriebsmodus, um den zweiter Leistungsspeicher 322 der zweiten Bordnetzzweigs 320 neu aufzuladen. In der Figur 3b (oder auch in der Figur 3c) dient die Steuereinheit als Umschalter zwischen Masse und dem Pluspol des zweiten Bordnetzzweigs 320. Über die Steuereinheit 340 kann gewählt werden, ob der Minuspol des ersten Energiespeichers 314 direkt mit Masse, oder mit dem Pluspol des zweiten Bordnetzzweigs 320 verbunden wird. Durch diese Umschaltung wird erreicht, dass im Normalfall am ersten und dritten Bordnetzzweig die Spannung des Energiespeichers 314 anliegt und im Falle eines Span- nungseinbruchs eine Spannung angelegt werden kann, die sich aus der Summe der Spannungen von Energiespeicher 314 und von Energiespeicher 322 ergibt.
Die in Figur 3b dargestellte Topologie weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum ersten Bordnetzzweig 310, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum zweiten Bordnetzzweig 320, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 340 zum ersten Energiespeicher 314 sowie einen Pol D auf, der der Masse entspricht, insbesondere der Masse des zweiten Bord- netzzweigs 320. Die Steuereinheit 340 ist eingerichtet, den Pol B, d.h. den negativen Anschluss des ersten Energiespeichers 314, entweder mit Pol D (d.h. mit Masse) oder mit Pol C (d.h. dem positiven Anschluss des zweiten Energiespeichers 322) zu verbinden. Die letztgenannte Möglichkeit führt zur Reihen- Schaltung des ersten und des zweiten Energiespeichers, um mit der dadurch erhöhten Spannung die Bordnetze 310 und 330 versorgen zu können .
Die in Figur 3c dargestellte Topologie umfasst einen ersten Bordnetzzweig 410 mit einem Verbraucher 412, etwa in Form eines Startermotors für einen Verbrennungsmotor, und einem erster Leistungsspeicher 414. Der Betrieb des Verbrauchers 412 kann zu Spannungseinbrüchen führen. Die in Figur 3c dargestellte Topologie umfasst ferner einen dritten Bordnetzzweig 430 mit einem Generator 432 und einem gegenüber Spannungseinbrüchen empfindlichen Verbraucher 434. Ein zweiter Bordnetzzweig 420 umfasst einen zweiter Leistungsspeicher 422. Die Steuereinheit 440 verbindet dem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig 410, 420 und 430 miteinander. Im Normalfall, d. h. ohne Unterstützung durch den zweiten Bordnetzzweig 420, ist der erste Bordnetzzweig 410 direkt mit dem dritten Bordnetzzweig 430 verbunden. Falls Spannungseinbrüche im dritten Bordnetzzweig 430 insbesondere an dem Verbraucher 434 auftreten, wird die direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig getrennt und der dritte Bordnetzzweig wird in Serie mit dem dritten Bord¬ netzzweig 430 geschaltet. Zu dieser Reihenschaltung liegt der dritte Bordnetzzweig 430 parallel, so dass dieser die Summe aus den Spannungen des ersten und des zweiten Bordnetzzweigs erhält. Ein negativer Anschluss des Bordnetzzweigs 420 ist mit dem positiven Anschluss des Bordnetz zweigs 410 verbunden (damit sich die Spannungen addieren können) . Der positive Pol bzw. Anschluss des dritten Bordnetzzweigs ist über die zweite Schaltvorrichtung (vgl. Figuren 1 und 2) mit dem positiven Anschluss des dritten Bordnetzzweig 430 verbunden. Zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig ist in der Steuereinheit 440 die erste Schalt¬ vorrichtung (vgl. Figuren 1 und 2) geschaltet. Die in Figur 3c dargestellte Topologie in Form eines Vierpols weist einen Pol A an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum ersten Bordnetzzweig 410, einen Pol C an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum positiven Anschluss des zweiten Energiespeichers 422, einen Pol B an dem Übergang der Steuereinheit 440 zum dritten Bordnetzzweig 430 sowie einen Pol D auf, der dem negativen
Anschluss des zweiten Energiespeichers 422 entspricht. Da der negative Anschluss des zweiten Energiespeichers 420 (d.h. der negative Anschluss des zweiten Bordnetzzweigs 420) mit dem ersten Bordnetzzweig fest verbunden ist, entspricht der erste Pol A dem Pol D, so dass diese zu einem gemeinsamen Pol zusammengefasst werden können. Es ergäbe sich bei Zusammenfassung des Pols A und des Pols D zu einem gemeinsamen Pol ein Dreipol.
Bezugs zeichenliste
10, 210, 310, 410 erster Bordnetzzweig
12, 212, 312, 412 Verbraucher (Startermotor)
14, 214, 314, 414 erster Leistungsspeicher
20, 220, 320, 420 zweiter Bordnetzzweig
22, 222, 322, 422 zweiter Leistungsspeicher
24, 224 Verbraucher im zweiten Bordnetzzweig
30, 230, 330, 430 dritter Bordnetzzweig
40, 240, 340, 440 Steuereinheit
41, 141 erster Anschluss
42, 142 zweiter Anschluss
43, 143 dritter Anschluss
50, 150 erste Schaltvorrichtung
50 λ Substratdiode
52, 152 zweite Schaltvorrichtung
60 Schaltungsanordnung innerhalb der erfindungsgemäßen Steuereinheit
70, 170 DC/DC-Wandler
172 DC/DC-Steuerungsmodul
111 Schalterzustandssignalausgang
113 Verzögerungsglied
121 AutorisierungsSignaleingang
123 SchalterzustandsSignaleingang
162 Komparator
162 λ Vorgabe des Komparators
163 Logik
164 ZuStandsspeieher
165 FreigabeSignaleingang
166 Autorisierungssignalausgang
167 Steuersignalausgang
80, 180 Dateneingang
182 Analog/Digital-Wandler
190 Kontrolleinheit
192 Eingang für Betriebsparametersignale des
Fahrzeugbordnetzes oder des Fahrzeugs
395 zusätzlicher Anschluss der Steuereinheit A-D Pole

Claims

Ansprüche
Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige (10, 20, 30) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, wobei
elektrische Leistung über eine erste Schaltvorrichtung (50) zwischen einem ersten Bordnetzzweig (10) und einem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein unkritischer Versorgungszustand in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt, und
elektrische Leistung über eine zweite Schaltvorrichtung (52) zwischen einem zweiten Bordnetzzweig (20) und dem dritten Bordnetzzweig (30) ausgetauscht wird, wenn ein kritischer Versorgungszustand in dem dritten Bordnetzzweig (30) vorliegt;
mit den Schritten:
Überwachen des Versorgungszustands in dem ersten oder in dem dritten Bordnetzzweig (30);
für den Fall, dass ein kritischer Versorgungs zustand in dem ersten oder dritten (30) Bordnetzzweig auftritt:
Trennen des ersten Bordnetzzweigs (10) vom dritten
Bordnetzzweig (30) durch Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und,
nachdem die erste Schaltvorrichtung (50) geöffnet ist, Verbinden des zweiten Bordnetzzweigs (52) mit dem dritten Bordnetzzweig (30) durch Schließen der zweiten Schalt¬ vorrichtung (20), wobei
die erste Schaltvorrichtung (10) von einer ersten An- steuervorrichtung (110) angesteuert wird, und
die zweite Schaltvorrichtung (52) von einer zweiten An- steuervorrichtung (120) angesteuert wird, die ein
Schalterzustandssignal von der ersten Ansteuervorrichtung (110) erhält, wobei
die zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweite Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal eine offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Ansteuervor- richtung (110) über ein Schaltsignal angesteuert wird; das Schaltsignal von einem Zustandsspeicher (164) an die erste Ansteuervorrichtung (110) abgegeben wird;
von dem Zustandsspeicher (164) ferner ein Autorisierungssignal an die zweite Ansteuervorrichtung (120) ab¬ gegeben wird; und
die zweite Ansteuervorrichtung (120) nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen ansteuert, wenn das Schalterzustandssignal die offene erste Schaltvorrichtung (50) signalisiert und das Autorisierungssignal eine vorliegende Autorisierung signalisiert, wobei
insbesondere der Zustandsspeicher (164) das Schaltsignal zum Öffnen der ersten Schaltvorrichtung (50) und das Autorisierungssignal zum Schließen der zweiten Schalt¬ vorrichtung (52) nur dann abgibt, wenn an dem Zustandsspeicher (164) ein Freigabesignal, etwa von einer Kont¬ rolleinheit, vorliegt, wobei das Freigabesignal in Form eines binären SET-Signals abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei
das Freigabesignal von einer Kontrolleinheit (190) ab¬ gegeben wird,
die Kontrolleinheit (190) ein Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs mit mindestens einer vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenze vergleicht und nur bei Geschwindigkeiten, die die Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreiten, das Freigabesignal abgibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kontrolleinheit ferner :
das für die zweite Ansteuervorrichtung (20) vorgesehene Schalterzustandssignal ,
mindestens einen Betriebsparameter oder einen Versorgungszustand des dritten Bordnetzes (30),
ein Lastsignal, das einen Lastbetrieb in dem ersten Bordnetzzweig (10) wiedergibt, ein an die ersten Ansteuervorrichtung (110) und/oder ein an die zweite Ansteuervorrichtung (120) abgegebenes
Schaltsignal erhält, und wobei
die Kontrolleinheit (190) das Autorisierungssignal als ein SET-Signal abgibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei der Versorgungszustand überwacht wird durch
Vergleichen mindestens eines Betriebsparameters des ersten und/oder dritten Bordnetzes (10, 30) mit einer Normvorgabe
(162 λ) mittels eines Komparators (162), der als Ver¬ gleichsergebnis den Versorgungszustand ausgibt, vor¬ zugsweise als binäres CLEAR-Signal , oder durch
Auswerten eines Lastsignals, das einen Lastbetrieb in dem ersten und/oder dritten Bordnetz zweig (10, 30) wiedergibt, vorzugsweise in Form eines binären CLEAR-Signals , wobei im Rahmen des Überwachens als Betriebsparameter des ersten und/oder dritten Bordnetzzweigs (10, 30) eine Versor¬ gungsspannung im ersten und/oder dritten Bordnetzzweig (10, 30) und/oder ein von dem ersten und/oder dritten Bordnetzzweig (30) weg oder hin führender Stromfluss mit der Normvorgabe (162 λ) verglichen wird, und als Lastsignal insbesondere ein Einschaltsignal für einen Startermotor
(12) innerhalb des ersten oder dritten Bordnetzzweigs (10, 30) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Überwachen durch Vergleichen mittels des Komparators (162) ausgeführt wird und der mindestens eine Betriebsparameter von mindestens einem analogen Signal wiedergegeben wird, wobei das mindestens eine analoge Signal in mindestens ein digitales Signal mittels eines Analog/Digital-Wandlers (182) ge¬ wandelt wird, wobei der Komparator (162) das mindestens eine digitale Signal, welches den mindestens einen Betriebs¬ parameter wiedergibt, mit der Normvorgabe (162 λ) ver¬ gleicht . Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Komparator (162) mindestens zwei Betriebsparameter mit der Normvorgabe (162 λ) vergleicht, der Komparator (162) für jeden Betriebsparameter ein Einzelvergleichsergebnis erzeugt, und der Komparator (162) ein Vergleichsergebnis abgibt, das einer logischen Kombination der Einzelvergleichsergebnisse entspricht, insbesondere einer logischen UND-Verknüpfung oder einen andere logische Verknüpfung der Einzelvergleichsergebnisse .
Steuereinheit (40) zum gesteuerten Austausch elektrischer Leistung zwischen einem ersten, einem zweiten und einem dritten Bordnetzzweig (10; 20; 30) eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, umfassend:
eine erste Schaltvorrichtung (50),
eine damit verbundene erste Ansteuervorrichtung (110) sowie eine zweite (52) Schaltvorrichtung und eine damit verbundene zweite Ansteuervorrichtung (120), sowie
einen ersten, zweiten und dritten Anschluss (41 ; 42; 43), der zum Anschluss an den ersten, zweiten bzw. dritten Bordnetzzweig (10, 20, 30) eingerichtet sind, wobei
die erste Schaltvorrichtung (50) zwischen dem ersten Anschluss (41) und dem dritten Anschluss (43) angeschlossen ist und
die zweite Schaltvorrichtung (52) zwischen dem zweiten Anschluss (42) und dem dritten Anschluss (43) angeschlossen ist, wobei
die zweite Ansteuervorrichtung (120) einen Schalterzu¬ standseingang (123) aufweist, der mit einem Schalterzu¬ standsausgang (111) der ersten Ansteuervorrichtung (110) verbunden ist,
und die zweite Ansteuervorrichtung (120) eingerichtet ist, nur dann die zweiten Schaltvorrichtung (52) zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang (123) eine offene erste Schaltvorrichtung (110) signalisiert wird.
Steuereinheit (40) nach Anspruch 8, die ferner einen Komparator (162) aufweist, der mit einer Stromermittlungseinheit eingerichtet zur Erfassung eines Stroms durch die erste Schaltvorrichtung oder durch eine Verbraucher eines Bordnetzes und/oder mit einer Spannungs- ermittlungseinheit eingerichtet zur Erfassung der Spannung an dem dritten Bordnetzzweig verbunden ist, vorzugsweise über einen Analog/Digital-Wandler (182) oder einen Pegelwandler der Steuereinheit, wobei
der Komparator ferner mit einer Normvorgabe (162 λ) verbunden und dadurch eingerichtet ist, den erfassten Strom und/oder die erfasste Spannung mit der Normvorgabe (162 λ) zu vergleichen und als Ergebnis des Vergleichs einen Versorgungszustand an einem Ausgang des Komparators (162) auszugeben, oder wobei
die Steuereinheit ferner eine Auswertungseinrichtung mit einem Eingang aufweist, die eingerichtet ist, ein an dem Eingang vorliegendes Lastsignal, welches den Lastzustand mindestens einer Komponente des dritten Bordnetzes wie¬ dergibt, auszuwerten, um den Versorgungszustand an einem Ausgang der Auswertungseinrichtung auszugeben.
Steuereinheit nach Anspruch 9, die ferner einen Zu- standsspeicher (164) mit einem Eingang aufweist, welcher mit dem Ausgang des Komparators (162) oder der Auswertungseinrichtung verbunden ist, wobei der Eingang des Zustandsspeichers insbesondere als CLEAR-Eingang ausge¬ bildet ist, wobei der Zustandsspeicher (164) einen ersten Ausgang (167) für ein Schaltsignal aufweist, der mit einem Eingang der ersten Ansteuervorrichtung (110) zur Übermittlung eines Schaltsignals verbunden ist.
Steuereinheit nach Anspruch 10, wobei der Zustandsspeicher (164) einen zweiten Ausgang (166) für ein Autorisie- rungssignal aufweist, wobei
die zweite Ansteuervorrichtung (120) einen Autorisie- rungseingang (121) aufweist, und der zweite Ausgang (166) mit dem Autorisierungseingang (121) der zweiten An- Steuervorrichtung (120) zur Signalisierung einer vorliegenden Autorisierung verbunden ist, und wobei
die zweite Ansteuervorrichtung (120) eingerichtet ist, nur dann die zweite Schaltvorrichtung (52) zum Schließen anzusteuern, wenn an dem Schalterzustandseingang (123) die offener erste Schaltvorrichtung (110) signalisiert wird und an dem Autorisierungseingang (121) ein Autorisierungs- signal vorliegt, das eine Autorisierung wiedergibt.
Steuereinheit nach Anspruch 10 oder 11 mit einer Kont¬ rolleinheit (190), die
einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang (165) des Zustandsspeichers (164) zur Übermittlung eines Freiga¬ besignals verbunden ist, wobei dieser Eingang (165) des Zustandsspeichers (164) vorzugsweise als SET-Eingang ausgebildet ist, wobei die Kontrolleinheit (190) ferner einen Eingang (192) aufweist, der mit einem Ausgang des Zustandsspeichers (164) zur Übermittlung mindestens eines in dem Zustandsspeicher (164) gespeicherten Zustands- signals verbunden ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8 - 12, die ferner ein DC/DC-Steuerungsmodul (172) und
einen daran angeschlossenen DC/DC-Wandler (170) aufweist, wobei
das DC/DC-Steuerungsmodul (172) einen Eingang aufweist, der mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, mit dem auch der Autorisierungseingang (121) der zweiten Ansteuervorrichtung (120) verbunden ist, wobei ferner
das DC/DC-Steuerungsmodul (172) eingerichtet ist, den Betrieb des DC/DC-Wandlers (170) zu unterdrücken, wenn an dem Eingang des DC/DC-Steuerungsmoduls (172) kein Signal anliegt, das eine vorliegende Autorisierung wiedergibt, wobei der DC/DC-Wandler (170) zwischen dem ersten Bordnetzzweig (10) und dem zweiten Bordnetzzweig (20) ange¬ schlossen ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8 - 13, wobei die zweite Ansteuervorrichtung (120) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das dem Schalterzustandseingang (123) oder dem Autorisierungseingang (121) nachgeschaltet ist und dadurch eingerichtet ist, das am Schalterzustandseingang (123) oder am Autorisierungseingang (121) vorliegende
Signal zu verzögern, oder
die zweite Ansteuervorrichtung (120) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das einem Ansteuerausgang, welcher mit die zweite Schaltvorrichtung (152) verbunden ist, vorgeschaltet ist, oder
die erste Ansteuervorrichtung (110) ein Verzögerungsglied (113) aufweist, das dem Schalterzustandsausgang (111) der ersten Ansteuervorrichtung (110) vorgeschaltet ist.
Fahrzeugbordnetz mit einer Steuereinheit (40) nach einem der Ansprüche 8 - 14, ferner umfassend den ersten Bord¬ netzzweig (10), der mit dem Anschluss (41) verbunden ist, den zweiten Bordnetzzweig (20), der mit dem zweiten Anschluss (42) verbunden ist, und den dritten Bordnetzzweig (30), der mit dem Anschluss (43) verbunden ist, wobei in dem ersten Bordnetzzweig (10) ein Verbrennungsmotorstarter (12) und vorzugsweise eine Starterbatterie (14), insbesondere ein Bleiakkumulator, vorgesehen ist, in dem zweiten Bordnetzzweig (20) ein elektrischer zweiter Leistungsspeicher (22) vorgesehen ist, insbesondere ein Lithiumakkumulator oder eine Superkondensatoranordnung, und
in dem dritten Bordnetzzweig (30) ein Generator (32) vorgesehen ist, der eine Antriebswelle geeignet zur Verbindung mit dem Abtrieb eines Verbrennungsmotors aufweist, und
der dritte Bordnetzzweig (30) ferner einen Verbraucher (34) mit einer Minimal-Betriebsspannung, etwa eine Verbrennungsmotorsteuerung oder Bordelektronik, aufweist.
PCT/EP2013/074940 2012-12-04 2013-11-28 Verfahren zum gesteuerten verbinden mehrerer bordnetzzweige eines fahrzeugs, steuereinheit zur ausführung des verfahrens sowie bordnetz WO2014086651A2 (de)

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