WO2020229047A1 - Verfahren und vorrichtung zur energieversorgung eines elektrischen verbrauchers eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2020229047A1
WO2020229047A1 PCT/EP2020/059278 EP2020059278W WO2020229047A1 WO 2020229047 A1 WO2020229047 A1 WO 2020229047A1 EP 2020059278 W EP2020059278 W EP 2020059278W WO 2020229047 A1 WO2020229047 A1 WO 2020229047A1
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consumer
switching element
supply
supply unit
electrical
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PCT/EP2020/059278
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Martin Schaefer
Wolfgang Langgassner
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H02J1/084—Three-wire systems; Systems having more than three wires for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J1/086—Three-wire systems; Systems having more than three wires for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load or loads and source or sources when the main path fails
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    • 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

  • the invention relates to a method and a device for supplying an electrical consumer of a vehicle from two separate supply units.
  • a vehicle has several electrical consumers that
  • the electrical consumers can be at least partially different
  • a vehicle can have a certain (typically relatively small) number of safety-relevant consumers, most of which must have a certain ASIL (Automotive Safety Integrity Level) level. Furthermore, the vehicle can have a (typically relatively large) number of non-safety-relevant consumers, e.g. only have to be certified and / or developed in accordance with QM (quality management).
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • Safety-relevant consumers are e.g. Systems for highly and / or fully automated driving (HAF or VAF) and / or x-by-wire (break-by-wire or steer-by-wire) systems that are controlled exclusively by electrical signals and that are not mechanical or hydraulic Have access to the size to be set.
  • HAF or VAF highly and / or fully automated driving
  • x-by-wire break-by-wire or steer-by-wire
  • Such functions may have to be made available with availability in accordance with ASIL D (ISO 26262).
  • the availability requirement for the respective function is typically automatically transferred to the interfaces of the respective function, so that the same availability requirements have to be made for the energy supply of the respective systems. Since individual supply units or energy sources, such as batteries, generators or DC / DC converters, typically cannot individually meet this availability requirement, the supply units for a safety-relevant electrical consumer are mostly redundant and, with regard to a
  • a fault-tolerant system can be implemented through the parallel execution of two parallel chains or subsystems, each consisting of a control unit, sensors and actuators. With regard to the energy supply, an independent power supply can be assigned to each of the two redundant subsystems. Such a system can be viewed as an overall electrical consumer.
  • the parallel subsystems can be used as consumers or as
  • the two chains of action or subsystems can be implemented in such a way that symmetrical redundancy is achieved.
  • a steering system for highly automated driving (HAF) can comprise two sub-systems, with each sub-system contributing half of the steering power to the total available steering power.
  • both effect chains or subsystems can be implemented in such a way that asymmetrical and / or cold redundancy is provided.
  • a full system (as the first consumer or as the first partial consumer) can be used with a brake for HAF in normal operation, and in the event of a failure a (during the
  • the present document deals with the technical task of providing an efficient energy supply with regard to the availability for a fault-tolerant overall consumer (preferably in the presence of asymmetrical redundancy) in a vehicle.
  • independent patent claim can form its own and independent of the combination of all features of the independent patent claim invention that becomes the subject of an independent Claim, a divisional registration or a subsequent registration can be made. This applies in the same way to in the description
  • an energy supply device for an overall electrical consumer and / or for a first electrical consumer is described.
  • the overall consumer and / or the first consumer are each set up to perform a specific function
  • the overall consumer and / or the first consumer can be part of an X-by-Wire system.
  • the overall consumer and / or the first consumer can be certified and / or designed according to a specific ASIL level.
  • the overall consumer can comprise the first consumer (also referred to as the first partial consumer in this document) and preferably at least one redundant second consumer (also referred to in this document as the second partial consumer).
  • the performance and / or the (electrical) power consumption of the first partial consumer can be higher than that
  • Performance and / or the (electrical) power consumption of the second partial consumer e.g. by a factor of ⁇ .5 or more, or 2 or more.
  • the device comprises a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which via a first supply unit or energy source (e.g. an (poss
  • the Switching element (of the device) can be coupled to the first consumer.
  • the first supply unit can be part of a first sub-network of an electrical supply network of a vehicle.
  • Switching element can comprise at least one semiconductor-based switch, in particular a metal-oxide-semiconductor field effect transistor, and / or a relay.
  • the device comprises a second supply unit or energy source (e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter), which is connected via a second switching element (of the device) and via one or more electrical limiting elements (of the device).
  • a second supply unit or energy source e.g. an (possibly electrochemical) energy store, a generator and / or a DC voltage converter
  • the second supply unit can be part of a second sub-network of the electrical supply network (e.g. the on-board electrical system) of a vehicle.
  • the second switching element can comprise at least one semiconductor-based switch, in particular a metal-oxide-semiconductor field effect transistor, and / or a relay.
  • the one or more electrical limiting elements can be an ohmic one
  • the resistor that is configured to limit the current from the second supply unit to the first supply unit.
  • the resistance can be sufficiently high to substantially limit the current.
  • the resistance can be sufficiently low to ensure that the portion of the second supply voltage provided by the second supply unit which is dropped to the first consumer when the second switching element is closed enables reliable minimal operation of the first partial consumer.
  • the one or more electrical limiting elements can comprise an electrical filter circuit which is set up to at least partially transmit
  • the one or more delimitation elements can thus limit the mutual influence of the first and second supply units (especially when coupled-in disturbances can spread from one supply unit to the other and thus act as a "common cause initiator" for a simultaneous failure of all consumers or partial consumers of a
  • the device comprises a third switching element which is set up to bypass the one or more electrical limiting elements.
  • the third switching element can comprise at least one semiconductor-based switch, in particular a metal-oxide-semiconductor field effect transistor, and / or a relay.
  • the device further comprises a (hardware and / or software-based) control unit.
  • the control unit can advantageously be part of the first sub-consumer, in particular part of a control device of the first sub-consumer. In particular, requirements relating to functional safety can be met in an efficient manner.
  • the control unit can be configured to cause that in one
  • the first switching element is closed. Furthermore, the second and third switching elements can be caused to open. In normal operation, an energy supply for the first Partial consumer (possibly alone) based on the first supply unit (and possibly not based on the second supply unit).
  • the control unit can further be set up to detect that the first supply voltage at the first supply unit has reached or fallen below a voltage threshold value.
  • the device can comprise at least one measuring unit (e.g. a voltmeter) which is arranged to receive sensor data in relation to the first
  • the control unit can be set up to detect on the basis of the sensor data that the first
  • Supply voltage at the first supply unit reaches or falls below the voltage threshold value.
  • the voltage threshold value can be such that above the
  • Voltage threshold at least one logic circuit of the first sub-consumer functions correctly when the first supply voltage is above the voltage threshold.
  • Logic circuit of the first partial consumer may be impaired if the first supply voltage exceeds the voltage threshold value
  • the first and / or the second supply voltage can e.g. have a nominal value of ⁇ 2 V.
  • a (first and / or second) supply voltage of 6 V may be required for correct operation of the logic circuit of the first partial consumer.
  • the voltage threshold value in this example can e.g. between 7 V and 9 V.
  • the first consumer can be set up before reaching the
  • Voltage threshold to perform a performance degradation. In particular, it can gradually decrease with the first
  • the electrical power consumption (and as a result, the performance) of the first partial consumer can be reduced.
  • a performance-dependent performance degradation of the first The partial consumer can help ensure that the first supply voltage is stabilized (before the voltage threshold value is reached).
  • the control unit of the device can be set up, in response to the fact that it is recognized that the first supply voltage has reached or fallen below the voltage threshold value, to cause the second switching element to be closed first.
  • the first consumer can be coupled both (directly) to the first supply unit and (indirectly via the one or more delimitation elements) to the second supply unit. So can a
  • Switching element is opened.
  • the first consumer indirectly via the one or more limiting elements
  • the second supply unit can be coupled to the second supply unit (and no longer to the first
  • the third switching element is closed, so that the first consumer is (directly) coupled to the second supply unit.
  • Switching element can in particular cause the one or more limiting elements to be bridged, so that a complete energy supply of the first partial consumer is made possible from the second electrical supply.
  • Energy supply device an energy supply for a (total) consumer which is fault-tolerant with regard to the energy supply in one Vehicle allows. It can be a fault tolerant function without
  • the number of partial consumers can be doubled.
  • the control unit can be set up to check whether the second supply voltage on the second supply unit is above the
  • Voltage threshold and / or above a second voltage threshold or not (wherein the second voltage threshold may be equal to or greater than the voltage threshold). It can then (possibly only then) be effected that the first consumer (by closing the second switching element) is coupled to the second supply unit when it has been determined that the second
  • Supply voltage is above the (possibly second) voltage threshold value.
  • a switchover to the second supply unit can therefore only take place if it is determined that the second supply unit enables a reliable energy supply to the first partial consumer. The reliability of the energy supply to the first sub-consumer can thus be increased further.
  • the first supply unit can be part of a first sub-network and the second supply unit can be part of a second sub-network of an overall energy supply network.
  • the first sub-network and the second sub-network can be coupled to one another via a coupling switching element (e.g. via a semiconductor-based switch) (in order to enable an exchange of energy between the two sub-networks
  • the control unit can be set up to check whether the coupling switching element (which connects the first sub-network and the second sub-network to one another or separates them from one another) is open. It can then (possibly only then) be effected that the first consumer (by closing the second switching element) is coupled to the second supply unit when it has been determined that the coupling switching element is open.
  • the second switching element can have a first node (eg a first port, for example the source of a transistor) which is (directly) coupled to the second supply unit and a second node (eg a second port, for example the drain of a transistor) which is (directly) coupled to the one or more electrical limiting elements.
  • the first consumer can be (directly) coupled to a point called the supply point.
  • the third switching element can be designed to (directly) couple the second node of the second switching element to the supply point (in order to bridge the one or more limiting elements).
  • the third switching element can be formed, the first node of the second switching element (directly) with the
  • the overall consumer can have a (further) redundant third
  • Consumers also referred to as the third partial consumer in this document
  • the switching mechanism eg the second and / or third switching element
  • a 2oo3 fault-tolerant total consumer can be provided with only two energy supplies.
  • an electrical supply network for a vehicle which comprises the entire consumer and the energy supply device described in this document.
  • the supply network can be a low-voltage supply network, with a nominal voltage of 60 V or less, in particular with a
  • a (road) motor vehicle According to a further aspect, a (road) motor vehicle
  • a method for supplying energy to an overall electrical consumer which comprises a first partial consumer (i.e. a first consumer) to provide a function.
  • the method can be designed to supply energy to a first sub-consumer (i.e. a first consumer).
  • the method includes causing a first switching element to be closed in normal operation, so that the first partial consumer can be connected to a first (electrical)
  • the method also includes detecting that a first supply voltage is present on the first
  • the method further comprises, in response thereto, causing a second switching element to be closed so that the first sub-load has one or more electrical
  • Limiting elements e.g. via one or more passive electrical Elements
  • the method further includes then causing the first
  • Switching element is opened in order to decouple the first partial consumer from the first supply unit, and then causing a third switching element to be closed in order to bypass the one or more electrical limiting elements.
  • Figure ⁇ an exemplary supply network of a vehicle
  • Figures 2a and 2b each an exemplary device for
  • FIG. 3 shows a flow chart of an exemplary method for supplying a partial consumer of a safety-relevant electrical device
  • Fig. ⁇ shows an electrical supply network ⁇ 00 with two Subnetworks ⁇ ⁇ O, 120.
  • One or more first electrical loads ⁇ ⁇ ⁇ are arranged in the first subnetwork ⁇ ⁇ 0.
  • the one or more first electrical consumers ⁇ ⁇ ⁇ can be certified and / or designed according to a specific ASIL level and / or can place a specific ASIL level on the availability of the energy supply.
  • the one or more first electrical consumers ⁇ ⁇ can each have one or more measuring units ⁇ ⁇ 6, which are set up to measure the current and / or the voltage at the respective consumer ⁇ ⁇ ⁇ .
  • a direct monitoring of possible errors of the respective electrical consumer ⁇ ⁇ ⁇ and / or the associated electrical lines and / or contacts can take place.
  • the one or more electrical consumers ⁇ ⁇ ⁇ can be used to
  • Energy supply (galvanic) must be connected to a first supply line ⁇ ⁇ 2 and to a reference ⁇ ⁇ 3 (e.g. to ground).
  • the second sub-network ⁇ 20 comprises one or more second consumers ⁇ 2 ⁇ , which are supplied with electrical energy via a second supply line ⁇ 22 and a connection to the reference ⁇ 23 (e.g. ground).
  • the references ⁇ ⁇ 3, ⁇ 23 of the two subnetworks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20 can be galvanically coupled directly to one another.
  • the one or more second consumers ⁇ 2 ⁇ of the second sub-network ⁇ 20 can according to a
  • the one or more second electrical consumers ⁇ 2 ⁇ can each have one or more measuring units ⁇ ⁇ 6, which are set up to measure the current and / or the voltage at the respective consumer ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the two subnetworks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20 can be coupled to one another via a coupling switching element ⁇ 02.
  • the switching element ⁇ 02 can, if required (e.g. in the event of a fault in one of the two subnetworks ⁇ ⁇ O, ⁇ 20), the second subnetwork ⁇ 20 and the first subnetwork ⁇ ⁇ 0
  • the coupling switching element ⁇ 02 e.g. comprises a semiconductor-based switching element can be certified or designed according to a certain ASIL level.
  • the first sub-network ⁇ ⁇ 0 can have a first supply unit ⁇ 14 (e.g. a battery and / or a DC voltage converter).
  • a first supply unit ⁇ 14 e.g. a battery and / or a DC voltage converter.
  • the second sub-network 20 can be a second
  • Supply unit ⁇ 24 (e.g. a battery and / or a
  • an electrical component i.e. an overall electrical consumer
  • the partial consumers can have different performance capabilities when using asymmetrical redundancy.
  • an overall electrical consumer can be a first partial consumer with a relatively high efficiency
  • Partial consumer and a second partial consumer with a relatively low performance. To obtain the higher
  • the first partial consumer can be connected to two separate supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 or partial networks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20.
  • Figures 2a and 2b each show a device 200 for
  • the overall consumer can have a first partial consumer 2 ⁇ ⁇ , which is connected to the first sub-network ⁇ 0 for energy supply via the switching element 20 ⁇ and via the electrical
  • Switching element 203 can be connected to the second sub-network ⁇ 20. Furthermore, the overall consumer can have a second sub-consumer 22 ⁇ which is used to supply energy to the second sub-network ⁇ 20
  • the overall consumer can optionally include a further sub-consumer 2 ⁇ 2, which can also be connected to the first sub-network ⁇ 0 and / or to the first supply unit ⁇ ⁇ 4.
  • the first sub-consumer 2 ⁇ ⁇ can possibly have a higher performance than the second and / or the further sub-consumer 22 ⁇ , 2 ⁇ 2.
  • the first sub-consumer 2 ⁇ ⁇ can be designed in such a way that the first sub-consumer 2 ⁇ ⁇ the overall function of the
  • Total consumer can be provided, while the second and / or the further sub-consumer 22 ⁇ , 2 ⁇ 2, if necessary, only a basic function or an emergency function is provided.
  • the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ can be coupled to the first supply unit ⁇ ⁇ 4 via a first switching element 20 ⁇ . Furthermore, the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ can use one or more electrical filter and / or limiting elements 205, 206 and a second
  • Switching element 202 can be coupled to the second supply unit ⁇ 24. Furthermore, a third switching element 203 can be provided in order to bypass the one or more filter and / or limiting elements 205, 206, and around the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ directly (past the one or more filter and / or limiting elements 205, 206 ) to be able to couple with the second supply unit mit 24 and / or with the second sub-network ⁇ 20.
  • the first switching element 20 ⁇ can be closed and the second and third switching element 202, 203 open, so that the first sub-consumer 2 ⁇ ⁇ (possibly alone) from the first supply unit ⁇ ⁇ 4 (and not from the second supply unit ⁇ 24) with electrical energy is supplied. If a fault is detected in the first sub-network ⁇ ⁇ 0 and / or on the first supply unit ⁇ ⁇ 4 (e.g. based on the sensor data of a measuring unit ⁇ ⁇ 6), the second
  • Switching element 202 are closed to the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ in addition via the one or more filter and / or
  • An energy supply device 200 for a first partial consumer 2 ⁇ ⁇ is thus described, in which the energy is provided via two independent supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24.
  • the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ can be the more powerful subsystem of the two subsystems in an asymmetrical ⁇ oo2 system. This
  • Subsystem is connected to both subnetworks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20, so that the more powerful subsystem in the event of failure of one of the two
  • Supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 is still available.
  • a subsystem can be connected to both power supplies 1 14, ⁇ 24, and the other two subsystems can each be connected to the first supply unit ⁇ ⁇ 4 or to the second
  • Supply unit ⁇ 24 can be connected. As a result, a 2oo2 system always remains in the event of a power supply failure.
  • Supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 are avoided. Furthermore, an uninterrupted switchover from one supply unit 4 to another supply unit ⁇ 24 should be enabled in order to avoid a reset of a partial consumer 2 ⁇ ⁇ due to brief undervoltage. In addition, there should be temporarily no low-resistance coupling of the sub-networks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20 or the different supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 in order to avoid power peaks in the switching elements 20 ⁇ , 202 and / or transient loads on the supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 to avoid.
  • a resistor R 205 can be used, which limits a cross current Iq between the sub-networks ⁇ ⁇ 0, ⁇ 20 to a permissible value.
  • the resistor 205 can be designed such that at least the
  • an impedance X 206 can be provided as a filter circuit.
  • a filter circuit can be used to reduce and / or prevent the transmission of line-based interference from one subnetwork ⁇ ⁇ 0 to the other subnetwork ⁇ 20.
  • the energy supply device 200 can be operated as follows.
  • the first switching element 20 ⁇ is closed, and the power supply of the partial consumer 2 ⁇ ⁇ takes place via the first supply unit 114.
  • a fault in the first sub-network ⁇ 0 can lead to a reduction in the first supply voltage at the first supply unit ⁇ ⁇ 4.
  • the partial consumer 2 ⁇ ⁇ at the total supply can be a
  • the second voltage threshold value can be such that, due to the power degradation, only the logic part including the communication of the partial consumer 2 ⁇ ⁇ are still active and the power part of the partial consumer 2 ⁇ oder has no or almost no function.
  • the second switching element 202 To switch over, the second switching element 202
  • the second switching element 202 is typically only closed when the second supply voltage is applied to the second Supply unit 202 is greater than the first supply voltage on the first supply unit 20 ⁇ and / or when the second
  • Supply voltage is in a permissible operating voltage range for the partial consumer 2 ⁇ ⁇ .
  • the first switching element 20 ⁇ is opened in order to decouple the partial consumer 2 ⁇ ⁇ and the second subsystem netz 20 or the second supply unit ussi 24 from the first supply unit ⁇ ⁇ 4.
  • the third switching element 203 can be closed.
  • the full second supply voltage of the second supply unit ⁇ 24 is applied to the sub-consumer 2 ⁇ ⁇ , and the power degradation of the power section of the sub-consumer 2 ⁇ ⁇ can be reversed again.
  • the controlled switchover is then completed.
  • the third switching element 203 can be set up to bypass the one or more limiting elements 205, 206 but not the second switching element 202.
  • the third switching element 203 can be set up, as shown in FIG. 2b, to bypass the one or more delimiting elements 205, 206 and the second switching element 202.
  • the terminal voltage at the consumer component 2 ⁇ ⁇ can be increased by eliminating an internal switch resistance.
  • the switching elements 202 and 203 can thus be connected in parallel or in series.
  • the parallel connection (according to FIG. 2b) is advantageous from the point of view of a low-impedance supply.
  • the series connection (according to FIG. 2a) can be advantageous for reasons of functional safety if an incorrect connection of the supply lines ⁇ 22 and ⁇ 2 can be safely avoided.
  • the control of the time sequence of the positions of the switching elements 201, 202, 203 can be done in hardware in a separate device ⁇ 03
  • control unit 223 of the sub-consumer 2 ⁇ ⁇ may be implemented and / or by a logic circuit implemented in the control unit 223 of the sub-consumer 2 ⁇ ⁇ .
  • the two supply units 1 14, ⁇ 24 not be independent of each other, since the supply units ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24 are connected to each other via the energy network ⁇ 00 of the vehicle by means of a coupling switching element ⁇ 02 , the coupling switching element ⁇ 02 from a higher-level
  • Energy management system can be controlled.
  • voltages at the two supply units ⁇ 4, ⁇ 24 can be evaluated at each switching point in time in order to avoid incorrect switching on and off of a supply unit ⁇ ⁇ 4, ⁇ 24. If the coupling switching element ⁇ 02 is closed, the two break
  • Supply voltage and / or by evaluating the absolute values of the supply voltage applied to the terminals of one or more sub-consumers 2 ⁇ ⁇ , 2 ⁇ 2, 22 ⁇ can be reliably identified. It can then be decided whether to switch from the first
  • Supply unit ⁇ ⁇ 4 on the second supply unit ⁇ 24 is required or not. This can e.g. in a central control unit ⁇ 03 or independently in a control device 223 (e.g. within the
  • the supply path of the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ is not reached. If this is the case, you can switch to the second supply unit (also referred to as the energy source in this document) ⁇ 24.
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary method 300 for supplying energy to an overall electrical consumer that is used for
  • Providing a function (e.g. a braking or steering function) comprises a first partial consumer 2 ⁇ ⁇ and at least one redundant second partial consumer 22 ⁇ .
  • the overall consumer can have asymmetrical redundancy, the first partial consumer 2 ⁇ ante possibly having a higher performance in relation to the performance to be provided
  • the method 300 can be carried out on a software and / or hardware basis.
  • the method 300 includes causing 30 ⁇ that a first switching element 20 ⁇ is closed in normal operation, so that the first
  • Partial consumer 2 ⁇ ⁇ is coupled to a first supply unit ⁇ ⁇ 4 via the closed first switching element 20 ⁇ .
  • the method 300 further comprises detecting 302 that a first
  • the voltage threshold value can be such that below the voltage threshold value the function of the first partial consumer 2nd ⁇ can no longer (or at least only partially) be performed.
  • the method 300 further comprises, in response to the detection 302, causing 303 that a second switching element 202 is closed so that the first sub-consumer 2 ⁇ ⁇ via one or more electrical limiting elements (eg one or more passive electrical elements) 205, 206 and is coupled to a second supply unit ⁇ 24 via the closed second switching element 202.
  • the second sub-consumer 22 ⁇ can optionally be standard with the second Supply unit 124 be coupled.
  • the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ can thus be temporarily coupled both to the first supply unit ⁇ ⁇ 4 (via the closed first switching element 20 ⁇ ) and to the second supply unit ⁇ 24 (via the closed second switching element 202).
  • the one or more limiting elements 205, 206 can limit the effects of the second
  • Supply unit ⁇ 24 can be effected on the first supply unit ⁇ ⁇ 4 (or vice versa). So (without interruption) a
  • the method 300 includes the subsequent causing 304 that the first switching element 20 ⁇ is opened to the first
  • Partial consumer 2 ⁇ ⁇ to separate from the first supply unit ⁇ ⁇ 4.
  • the method 300 includes the subsequent effecting 305 that a third switching element 203 is closed in order to bypass the one or more electrical limiting elements 205, 206.
  • the first partial consumer 2 ⁇ ⁇ is supplied with low impedance directly from the second supply unit ⁇ 24 with electrical energy.
  • the method 300 can efficiently provide a reliable and redundant energy supply for a partial consumer 2 ⁇ ⁇ of an overall electrical consumer (e.g. for a ⁇ oo2 or for a 2oo3 redundancy concept).

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Abstract

Es wird eine Energieversorgungs-Vorrichtung (200) für einen ersten elektrischen Verbraucher (211) beschrieben. Die Vorrichtung (200) umfasst eine erste Versorgungseinheit (114), die über ein erstes Schaltelement (201) mit dem ersten Verbraucher (211) koppelbar ist, sowie eine zweite Versorgungseinheit (124), die über ein zweites Schaltelement (202) und über ein oder mehrere elektrische Begrenzungselemente (205, 206) mit dem ersten Verbraucher (211) koppelbar ist, sowie ein drittes Schaltelement (203), das eingerichtet ist, die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (205, 206) und ggf. das zweite Schaltelement (202) zu überbrücken. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung (200) eine Steuereinheit (103, 223), die eingerichtet ist, zu bewirken, dass in einem Normalbetrieb das erste Schaltelement (201) geschlossen ist, und das zweite und dritte Schaltelement (202, 203) geöffnet sind. Die Steuereinheit (103, 223) ist ferner eingerichtet, zu detektieren, dass eine erste Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit (114) einen Spannungs-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet, und in Reaktion darauf zu bewirken, dass zunächst das zweite Schaltelement (202) geschlossen, anschließend das erste Schaltelement (201) geöffnet, und anschließend das dritte Schaltelement (203) geschlossen werden, so dass der erste Verbraucher (211) mit der zweiten Versorgungseinheit (124) gekoppelt ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Energieversorgung eines
elektrischen Verbrauchers eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers eines Fahrzeugs aus zwei separaten Versorgungseinheiten.
Ein Fahrzeug weist mehrere elektrische Verbraucher auf, die
unterschiedliche Funktionen in dem Fahrzeug bereitstellen. Die elektrischen Verbraucher können zumindest teilweise unterschiedliche
Sicherheitsanforderungen, insbesondere auch an die jeweilige
Energieversorgung, aufweisen. Beispielsweise kann ein Fahrzeug eine bestimmte (typischerweise relativ geringe) Anzahl von sicherheitsrelevanten Verbrauchern aufweisen, die meist ein bestimmtes ASIL (Automotive Safety Integrity Level) Niveau aufweisen müssen. Des Weiteren kann das Fahrzeug eine (typischerweise relative große) Anzahl von nicht-sicherheitsrelevanten Verbrauchern aufweisen, die z.B. nur gemäß QM (Qualitätsmanagement) zertifiziert und/oder entwickelt sein müssen.
Sicherheitsrelevante Verbraucher sind z.B. Systeme für hoch- und/oder vollautomatisiertes Fahren (HAF bzw. VAF) und/oder x-by-wire (Break-by- Wire oder Steer-by Wire) Systeme, die ausschließlich über elektrische Signale gesteuert werden und die keinen mechanischen oder hydraulischen Durchgriff auf die zu stellende Größe aufweisen. Derartige Funktionen müssen ggf. mit einer Verfügbarkeit gemäß ASIL D (ISO 26262) zur Verfügung gestellt werden.
Die Verfügbarkeitsanforderung an die jeweilige Funktion überträgt sich typischerweise automatisch auf die Schnittstellen der jeweiligen Funktion, so dass u.a. für die Energieversorgung der jeweiligen Systeme die gleiche Verfügbarkeitsanforderung zu stellen ist. Da einzelne Versorgungseinheiten bzw. Energiequellen, wie Batterien, Generatoren oder DC/DC-Wandler, diese Verfügbarkeitsanforderung typischerweise nicht einzeln erfüllen können, werden die Versorgungseinheiten für einen sicherheitsrelevanten elektrischen Verbraucher meist redundant und, in Bezug auf eine
gemeinsame Fehlerursache, unabhängig voneinander ausgeführt.
Ein fehlertolerantes System kann durch die parallele Ausführung von zwei parallel verlaufenden Wirkketten bzw. Teilsystemen, jeweils bestehend aus einem Steuergerät, aus Sensorik und aus Aktuatorik, implementiert werden. In Bezug auf die Energieversorgung kann jedem der beiden redundanten Teilsysteme eine unabhängige Stromversorgung zugeordnet sein. Ein derartiges System kann als elektrischer Gesamtverbraucher betrachtet werden. Die parallelen Teilsysteme können als Verbraucher oder als
Teilverbraucher des Gesamtverbrauchers betrachtet werden.
Die beiden Wirkketten bzw. Teilsysteme können derart implementiert werden, dass eine symmetrische Redundanz bewirkt wird. Beispielsweise kann eine Lenkung für hochautomatisiertes Fahren (HAF) zwei Teilsysteme umfassen, wobei jedes Teilsystem die Hälfte der Lenkleistung zu der insgesamt verfügbaren Lenkleistung beiträgt. Andererseits können beide Wirkketten bzw. Teilsysteme derart implementiert werden, dass eine asymmetrische und/oder kalte Redundanz bereitgestellt wird.
Beispielsweise können bei einer Bremse für HAF im Normalbetrieb ein Vollsystem (als erster Verbraucher oder als erster Teilverbraucher) zum Einsatz kommen, und im Falle eines Ausfalls ein (während des
Normalbetriebs im Standby befindliches) zusätzliches Hilfssystem (als zweiter Verbraucher oder als zweiter Teilverbraucher) die Bremsfunktion übernehmen. Das Hilfssystem ist dabei typischerweise weniger
leistungsfähig ausgelegt als das Vollsystem. Die Verfügbarkeit eines Teilsystems eines fehlertoleranten Systems hängt unter anderem auch direkt von der Ausfallwahrscheinlichkeit der
zugehörigen Versorgungseinheit ab. Dies ist insbesondere bei einem System mit asymmetrischer Redundanz wichtig, da durch den Ausfall des performanteren Teilsystems (d.h. des ersten Teilverbrauchers) eine signifikante Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Systems einhergeht.
Um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu reduzieren, kann somit die
Energieversorgung des performanten Teilsystems (d.h. des ersten
Teilverbrauchers) selbst redundant ausgeführt werden.
Für ein fehlertolerantes System mit einer Ein-Fehler Toleranz unter
Aufrechterhaltung der Arbitrierfähigkeit (d.h. mit einer 2oo3, zwei„out-of“ 3, Architektur mit 3-facher Redundanz) müssten dann zumindest drei unabhängige Versorgungseinheiten verwendet werden.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine effiziente Energieversorgung in Hinblick auf die Verfügbarkeit für einen fehlertoleranten Gesamtverbraucher (bevorzugt bei Vorliegen einer asymmetrischen Redundanz) in einem Fahrzeug bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch jeden einzelnen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des
unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung
beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Energieversorgungs-Vorrichtung für einen elektrischen Gesamtverbraucher und/oder für einen ersten elektrischen Verbraucher beschrieben. Der Gesamtverbraucher und/oder der erste Verbraucher sind jeweils eingerichtet, eine bestimmte Funktion,
insbesondere für den Fährbetrieb eines (Kraft-) Fahrzeugs, bereitzustellen. Beispielhafte Funktionen sind das Lenken des Fahrzeugs und/oder das Abbremsen des Fahrzeugs. Beispielsweise können der Gesamtverbraucher und/oder der erste Verbraucher Teil eines X-by-Wire Systems sein. Der Gesamtverbraucher und/oder der erste Verbraucher können gemäß einem bestimmten ASIL-Niveau zertifiziert und/oder ausgelegt sein.
Der Gesamtverbraucher kann den ersten Verbraucher (in diesem Dokument auch als der erste Teilverbraucher bezeichnet) und bevorzugt zumindest einen redundanten zweiten Verbraucher (in diesem Dokument auch als der zweite Teilverbraucher bezeichnet) umfassen. Dabei kann der
Gesamtverbraucher eine asymmetrische Redundanz aufweisen.
Insbesondere können die Leistungsfähigkeit und/oder die (elektrische) Leistungsaufnahme des ersten Teilverbrauchers höher sein als die
Leistungsfähigkeit und/oder die (elektrische) Leistungsaufnahme des zweiten Teilverbrauchers (z.B. um den Faktor Ί .5 oder mehr, oder 2 oder mehr).
Die Vorrichtung umfasst eine erste Versorgungseinheit bzw. Energiequelle (z.B. einen (ggf. elektrochemischen) Energiespeicher, einen Generator und/oder einen Gleichspannungswandler), die über ein erstes
Schaltelement (der Vorrichtung) mit dem ersten Verbraucher koppelbar ist. Die erste Versorgungseinheit kann Teil eines ersten Teilnetzes eines elektrischen Versorgungsnetzes eines Fahrzeugs sein. Das erste
Schaltelement kann zumindest einen Halbleiter-basierten Schalter, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, und/oder ein Relais umfassen.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine zweite Versorgungseinheit bzw. Energiequelle (z.B. einen (ggf. elektrochemischen) Energiespeicher, einen Generator und/oder einen Gleichspannungswandler), die über ein zweites Schaltelement (der Vorrichtung) und über ein oder mehrere elektrische Begrenzungselemente (der Vorrichtung) mit dem ersten Verbraucher koppelbar ist. Die zweite Versorgungseinheit kann Teil eines zweiten Teilnetzes des elektrischen Versorgungsnetzes (z.B. des elektrischen Bordnetzes) eines Fahrzeugs sein. Der zweite Verbraucher des
Gesamtverbrauchers kann mit der zweiten elektrischen Versorgungseinheit gekoppelt sein und/oder aus der zweiten elektrischen Versorgungseinheit mit elektrischer Energie versorgt werden. Das zweite Schaltelement kann zumindest einen Halbleiter-basierten Schalter, insbesondere einen Metall- Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, und/oder ein Relais umfassen.
Die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (z.B. ein oder mehrere passive elektrische Elemente) können einen ohmschen
Widerstand umfassen, der eingerichtet ist, den Strom von der zweiten Versorgungseinheit zur ersten Versorgungseinheit zu begrenzen. Der Widerstand kann ausreichend hoch sein, um eine wesentliche Begrenzung des Stroms zu bewirken. Andererseits kann der Widerstand ausreichend gering sein, um zu gewährleisten, dass der Anteil der von der zweiten Versorgungseinheit bereitgestellten zweiten Versorgungsspannung, der bei geschlossenem zweiten Schaltelement an den ersten Verbraucher abfällt, einen zuverlässigen Minimalbetrieb des ersten Teilverbrauchers ermöglicht. Alternativ oder ergänzend können die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente eine elektrische Filterschaltung umfassen, die eingerichtet ist, zumindest teilweise eine Übertragung von
leitungsgebundenen Störungen von der ersten Versorgungseinheit zu der zweiten Versorgungseinheit und/oder umgekehrt zu dämpfen.
Durch die ein oder mehreren Begrenzungselemente kann somit eine Begrenzung der gegenseitigen Beeinflussung der ersten und der zweiten Versorgungseinheit bewirkt werden (insbesondere dann, wenn sich eingekoppelte Störungen von einer zur anderen Versorgungseinheit ausbreiten können und damit als„common cause Initiator“ für einen gleichzeitigen Ausfall aller Verbraucher oder Teilverbraucher eines
Gesamtverbrauchers im Sinne der IS026262 gelten können).
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung ein drittes Schaltelement, das eingerichtet ist, die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente zu überbrücken. Das dritte Schaltelement kann zumindest einen Halbleiter basierten Schalter, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistor, und/oder ein Relais umfassen.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine (Hardware- und/oder Software-basierte) Steuereinheit. Dabei kann die Steuereinheit in vorteilhafter Weise Teil des ersten Teilverbrauchers, insbesondere Teil eines Steuergeräts des ersten Teilverbrauchers, sein. So können insbesondere Anforderungen in Bezug auf die funktionale Sicherheit in effizienter Weise erfüllt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass in einem
Normalbetrieb das erste Schaltelement geschlossen ist. Des Weiteren kann bewirkt werden, dass das zweite und dritte Schaltelement geöffnet sind. In dem Normalbetrieb kann somit eine Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers (ggf. allein) anhand der ersten Versorgungseinheit (und ggf. nicht anhand der zweiten Versorgungseinheit) erfolgen.
Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, zu detektieren, dass die erste Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit einen Spannungs-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Die Vorrichtung kann zumindest eine Messeinheit (z.B. einen Spannungsmesser) umfassen, die eingerichtet ist, Sensordaten in Bezug auf die erste
Versorgungsspannung zu erfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der Sensordaten zu detektieren, dass die erste
Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit den Spannungs- Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Der Spannungs-Schwellenwert kann derart sein, dass oberhalb des
Spannungs-Schwellenwerts zumindest eine Logikschaltung des ersten Teilverbrauchers korrekt funktioniert, wenn die erste Versorgungsspannung über dem Spannungs-Schwellenwert liegt. Andererseits kann die
Logikschaltung des ersten Teilverbrauchers ggf. beeinträchtigt sein, wenn die erste Versorgungsspannung den Spannungs-Schwellenwert
unterschreitet. Die erste und/oder die zweite Versorgungsspannung können z.B. einen Nennwert von Ί 2 V aufweisen. Für einen korrekten Betrieb der Logikschaltung des ersten Teilverbrauchers kann ggf. eine (erste und/oder zweite) Versorgungsspannung von 6 V erforderlich sein. Der Spannungs- Schwellenwert kann in diesem Beispiel z.B. zwischen 7 V und 9 V liegen.
Der erste Verbraucher kann eingerichtet sein, vor Erreichen des
Spannungs-Schwellenwerts eine Leistungsdegradation durchzuführen. Insbesondere kann ggf. nach-und-nach mit sinkender erster
Versorgungsspannung die elektrische Leistungsaufnahme (und als Folge daraus die Leistungsfähigkeit) des ersten Teilverbrauchers reduziert werden. Eine leistungsabhänge Leistungsdegradation des ersten Teilverbrauchers kann dazu beitragen, dass die erste Versorgungsspannung (vor Erreichen des Spannungs-Schwellenwertes) stabilisiert wird.
Die Steuereinheit der Vorrichtung kann eingerichtet sein, in Reaktion darauf, dass erkannt wird, dass die erste Versorgungsspannung den Spannungs- Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, zu bewirken, dass zunächst das zweite Schaltelement geschlossen wird. Als Folge daraus kann der erste Verbraucher sowohl (direkt) mit der ersten Versorgungseinheit als auch (indirekt über die ein oder mehreren Begrenzungselemente) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt sein. So kann ein
unterbrechungsfreier Übergang der Energieversorgung des ersten
Teilverbrauchers von der ersten Versorgungseinheit auf die zweite
Versorgungseinheit bewirkt werden.
Des Weiteren kann anschließend bewirkt werden, dass das erste
Schaltelement geöffnet wird. Als Folge daraus kann der erste Verbraucher (indirekt über die ein oder mehreren Begrenzungselemente) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt sein (und nicht mehr mit der ersten
Versorgungseinheit gekoppelt sein).
Ferner kann anschließend bewirkt werden, dass das dritte Schaltelement geschlossen wird, so dass der erste Verbraucher (direkt) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt ist. Durch das Schließen des dritten
Schaltelements kann insbesondere bewirkt werden, dass die ein oder mehreren Begrenzungselemente überbrückt werden, so dass eine vollständige Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers aus der zweiten elektrischen Versorgung ermöglicht wird.
Insgesamt wird durch die in diesem Dokument beschriebene
Energieversorgungs-Vorrichtung eine Energieversorgung für einen in Bezug auf die Energieversorgung fehlertoleranten (Gesamt-)Verbraucher in einem Fahrzeug ermöglicht. Dabei kann eine fehlertolerante Funktion ohne
Doppelung der Anzahl von Teilverbrauchern bewirkt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu überprüfen, ob die zweite Versorgungsspannung an der zweiten Versorgungseinheit über dem
Spannungs-Schwellenwert und/oder über einem zweiten Spannungs- Schwellenwert liegt oder nicht (wobei der zweite Spannungs-Schwellenwert gleich oder größer als der Spannungs-Schwellenwert sein kann). Es kann dann (ggf. nur dann) bewirkt werden, dass der erste Verbraucher (durch Schließen des zweiten Schaltelements) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt wird, wenn bestimmt wurde, dass die zweite
Versorgungsspannung über dem (ggf. zweiten) Spannungs-Schwellenwert liegt. Ein Umschalten auf die zweite Versorgungseinheit kann somit ggf. nur dann erfolgen, wenn festgestellt wird, dass die zweite Versorgungseinheit eine zuverlässige Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers ermöglicht. Somit kann die Zuverlässigkeit der Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers weiter erhöht werden.
Wie bereits oben dargelegt, können die erste Versorgungseinheit Teil eines ersten Teilnetzes und die zweite Versorgungseinheit Teil eines zweiten Teilnetzes eines Gesamt-Energieversorgungsnetzes sein. Dabei können das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz über ein Koppel-Schaltelement (z.B. über einen Halbleiter-basierten Schalter) miteinander koppelbar sein (um einen Energieaustausch zwischen den beiden Teilnetzen zu
ermöglichen).
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu überprüfen, ob das Koppel- Schaltelement (das das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz miteinander verbindet oder voneinander trennt) geöffnet ist. Es kann dann (ggf. nur dann) bewirkt werden, dass der erste Verbraucher (durch Schließen des zweiten Schaltelements) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt wird, wenn bestimmt wurde, dass das Koppel-Schaltelement geöffnet ist.
So können in zuverlässiger Weise fehlerhafte und/oder nicht-zielführende Umschaltungen der Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers auf die zweite Versorgungseinheit vermieden werden (z.B. wenn das Koppel- Schaltelement weiterhin geschlossen ist), wodurch die Zuverlässigkeit der Energieversorgung des ersten Teilverbrauchers weiter erhöht wird.
Das zweite Schaltelement kann einen ersten Knotenpunkt (z.B. einen ersten Port, etwa die Source eines Transistors) aufweisen, der (direkt) mit der zweiten Versorgungseinheit gekoppelt ist und einen zweiten Knotenpunkt (z.B. einen zweiten Port, etwa den Drain eines Transistors) aufweisen, der (direkt) mit den ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselementen gekoppelt ist. Des Weiteren kann der erste Verbraucher (direkt) mit einem als Versorgungspunkt bezeichneten Punkt gekoppelt sein.
Das dritte Schaltelement kann ausgebildet sein, den zweiten Knotenpunkt des zweiten Schaltelements (direkt) mit dem Versorgungspunkt zu koppeln (um die ein oder mehreren Begrenzungselemente zu überbrücken).
Alternativ kann das dritte Schaltelement ausgebildet sein, den ersten Knotenpunkt des zweiten Schaltelements (direkt) mit dem
Versorgungspunkt zu koppeln (um die Reihenschaltung aus den ein oder mehreren Begrenzungselementen und dem zweiten Schaltelement zu überbrücken). Durch die letztgenannte Variante kann eine
Energieversorgung aus der zweiten Versorgungseinheit ohne
Strombegrenzung bewirkt werden.
Der Gesamtverbraucher kann einen (weiteren) redundanten dritten
Verbraucher (in diesem Dokument auch als der dritte Teilverbraucher bezeichnet) umfassen, der mit der ersten Versorgungseinheit und ggf. über die Umschaltmimik (z.B. das zweite und/oder dritte Schaltelement) an die zweite Energieversorgung gekoppelt ist. So kann z.B. ein 2oo3 fehlertoleranter Gesamtverbraucher mit nur zwei Energieversorgungen bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches Versorgungsnetz für ein Fahrzeug beschrieben, das den Gesamtverbraucher und die in diesem Dokument beschriebene Energieversorgungs-Vorrichtung umfasst. Das Versorgungsnetz kann ein Niedervolt-Versorgungsnetz sein, mit einer Nennspannung von 60 V oder weniger, insbesondere mit einer
Nennspannung von 48 V oder von Ί 2 V.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug
(insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Energieversorgungs-Vorrichtung und/oder das in diesem Dokument beschriebene Versorgungsnetz umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Energieversorgung eines elektrischen Gesamtverbrauchers beschrieben, der zur Bereitstellung einer Funktion einen ersten Teilverbraucher (d.h. einen ersten Verbraucher) umfasst. Alternativ kann das Verfahren zur Energieversorgung eines ersten Teilverbrauchers (d.h. eines ersten Verbrauchers) ausgelegt sein. Das Verfahren umfasst das Bewirken, dass in einem Normalbetrieb ein erstes Schaltelement geschlossen ist, so dass der erste Teilverbraucher über das geschlossene erste Schaltelement mit einer ersten (elektrischen)
Versorgungseinheit gekoppelt ist. Außerdem umfasst das Verfahren das Detektieren, dass eine erste Versorgungsspannung an der ersten
Versorgungseinheit einen Spannungs-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Das Verfahren umfasst ferner, in Reaktion darauf, das Bewirken, dass ein zweites Schaltelement geschlossen wird, so dass der erste Teilverbraucher über ein oder mehrere elektrische
Begrenzungselemente (z.B. über ein oder mehrere passive elektrische Elemente) und über das geschlossene zweite Schaltelement mit einer zweiten (elektrischen) Versorgungseinheit gekoppelt ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren das anschließende Bewirken, dass das erste
Schaltelement geöffnet wird, um den ersten Teilverbraucher von der ersten Versorgungseinheit zu entkoppeln, sowie das anschließende Bewirken, dass ein drittes Schaltelement geschlossen wird, um die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente zu überbrücken.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur Ί ein beispielhaftes Versorgungsnetz eines Fahrzeugs;
Figuren 2a und 2b jeweils eine beispielhafte Vorrichtung zur
Energieversorgung von Teilverbrauchern eines sicherheitsrelevanten elektrischen Gesamtverbrauchers eines Fahrzeugs; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Versorgung eines Teilverbrauchers eines sicherheitsrelevanten elektrischen
Gesamtverbrauchers mit elektrischer Energie.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Energieversorgung der Teilverbraucher eines
sicherheitsrelevanten Gesamtverbrauchers in einem Fahrzeug. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. Ί ein elektrisches Versorgungsnetz Ί 00 mit zwei Teilnetzen Ί Ί O, 120. In dem ersten Teilnetz Ί Ί 0 sind ein oder mehrere erste elektrische Verbraucher Ί Ί Ί angeordnet. Die ein oder mehreren ersten elektrischen Verbraucher Ί Ί Ί können gemäß einem bestimmten ASIL-Niveau zertifiziert und/oder ausgelegt sein und/oder können ein bestimmtes ASIL-Niveau an die Verfügbarkeit der Energieversorgung stellen. Die ein oder mehreren ersten elektrischen Verbraucher Ί Ί Ί können jeweils ein oder mehrere Messeinheiten Ί Ί 6 aufweisen, die eingerichtet sind, den Strom und/oder die Spannung an dem jeweiligen Verbraucher Ί Ί Ί zu messen. Auf Basis der Strom- und/oder Spannungsmessung kann (z.B. mittels einer Steuereinheit Ί 03) eine direkte Überwachung von möglichen Fehlern des jeweiligen elektrischen Verbrauchers Ί Ί Ί und/oder der zugehörigen elektrischen Leitungen und/oder Kontakte erfolgen. Die ein oder mehreren elektrischen Verbraucher Ί Ί Ί können zur
Energieversorgung (galvanisch) an eine erste Versorgungsleitung Ί Ί 2 und an eine Referenz Ί Ί 3 (z.B. an Masse) angeschlossen sein.
Das zweite T eilnetz Ί 20 umfasst ein oder mehrere zweite Verbraucher Ί 2Ί , die über eine zweite Versorgungsleitung Ί 22 und einen Anschluss an die Referenz Ί 23 (z.B. Masse) mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Referenzen Ί Ί 3, Ί 23 der beiden T eilnetze Ί Ί 0, Ί 20 können direkt miteinander galvanisch gekoppelt sein. Die ein oder mehreren zweiten Verbrauer Ί 2Ί des zweiten Teilnetzes Ί 20 können gemäß einem
bestimmten ASIL-Niveau zertifiziert und/oder ausgelegt sein und/oder können ein bestimmtes ASIL-Niveau an die Verfügbarkeit der
Energieversorgung stellen. Die ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbraucher Ί 2Ί können jeweils ein oder mehrere Messeinheiten Ί Ί 6 aufweisen, die eingerichtet sind, den Strom und/oder die Spannung an dem jeweiligen Verbraucher Ί Ί Ί zu messen.
Die beiden T eilnetze Ί Ί 0, Ί 20 können über ein Koppel-Schaltelement Ί 02 miteinander gekoppelt sein. Das Schaltelement Ί 02 kann bei Bedarf (z.B. bei einem Fehlerfall in einem der beiden Teilnetze Ί Ί O, Ί 20) geöffnet werden, um das zweite Teilnetz Ί 20 und das erste Teilnetz Ί Ί 0
voneinander zu entkoppeln. Durch die Abtrennung des zweiten Teilnetzes Ί 20 von dem ersten Teilnetz Ί Ί 0 kann bewirkt werden, dass das erste T eilnetz Ί Ί 0 nicht durch einen Fehler im zweiten T eilnetz Ί 20
beeinträchtigt wird (und umgekehrt). Das Koppel-Schaltelement Ί 02, das z.B. ein Halbleiter-basiertes Schaltelement umfasst, kann gemäß einem bestimmten ASIL-Niveau zertifiziert bzw. ausgelegt sein.
Das erste Teilnetz Ί Ί 0 kann eine erste Versorgungseinheit Ί 14 (z.B. eine Batterie und/oder einen Gleichspanungswandler) aufweisen. In
entsprechender Weise kann das zweite Teilnetz Ί 20 eine zweite
Versorgungseinheit Ί 24 (z.B. eine Batterie und/oder einen
Gleichspanungswandler) aufweisen.
Wie eingangs dargelegt, kann eine elektrische Komponente (d.h. ein elektrischer Gesamtverbraucher) zur Bereitstellung einer (typischerweise sicherheitsrelevanten) Funktion in mehrere Teilverbraucher aufgeteilt werden. Dabei können die Teilverbraucher bei Verwendung einer asymmetrischen Redundanz unterschiedliche Leistungsfähigkeiten aufweisen. Insbesondere kann ein elektrischer Gesamtverbraucher einen ersten Teilverbraucher mit einer relativ hohen Leistungsfähigkeit
(insbesondere in Bezug auf ein oder mehrere Fähigkeiten des
Teilverbrauchers) auf die und einen zweiten Teilverbraucher mit einer relativ niedrigen Leistungsfähigkeit aufweisen. Zum Erhalt der höheren
funktionalen Leistungsfähigkeit kann der erste Teilverbraucher an zwei separate Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 bzw. T eilnetze Ί Ί 0, Ί 20 angeschlossen werden.
Figuren 2a und 2b zeigen jeweils eine Vorrichtung 200 zur
Energieversorgung der Teilverbraucher 2Ί Ί , 22Ί , 2Ί 2 eines (fehlertoleranten) Gesamtverbrauchers eines Fahrzeugs. Der
Gesamtverbraucher kann sich aus zwei oder drei Teilverbrauchern 21 1 ,
22Ί , 2Ί 2 zusammensetzen, die parallel zueinander betrieben werden.
Beispielsweise kann der Gesamtverbraucher einen ersten Teilverbraucher 2Ί Ί aufweisen, der zur Energieversorgung über das Schaltelement 20Ί an das erste Teilnetz Ί Ί 0 angeschlossen ist und über die elektrischen
Elemente 206, 205 und das Schaltelement 202 bzw. über das
Schaltelement 203 mit dem zweiten Teilnetz Ί 20 verbindbar ist. Des Weiteren kann der Gesamtverbraucher einen zweiten Teilverbraucher 22 Ί aufweisen, der zur Energieversorgung an das zweite Teilnetz Ί 20
angeschlossen ist. Ferner kann der Gesamtverbraucher ggf. einen weiteren Teilverbraucher 2Ί 2 umfassen, der ebenfalls an das erste Teilnetz Ί Ί 0 und/oder an die erste Versorgungseinheit Ί Ί 4 angeschlossen sein kann. Der erste Teilverbraucher 2Ί Ί kann ggf. eine höhere Leistungsfähigkeit aufweisen als der zweite und/oder der weitere Teilverbraucher 22Ί , 2Ί 2. Insbesondere kann der erste Teilverbraucher 2Ί Ί derart ausgelegt sein, dass durch den ersten Teilverbraucher 2Ί Ί die Gesamtfunktion des
Gesamtverbrauchers bereitgestellt werden kann, während durch den zweiten und/oder den weiteren Teilverbraucher 22 Ί , 2Ί 2 ggf. jeweils nur eine Grundfunktion bzw. eine Not-Funktion bereitgestellt wird.
Der erste Teilverbraucher 2Ί Ί kann über ein erstes Schaltelement 20Ί mit der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 gekoppelt sein. Des Weiteren kann der erste Teilverbraucher 2Ί Ί über ein oder mehrere elektrische Filter- und/oder Begrenzungselemente 205, 206 und über ein zweite
Schaltelement 202 mit der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 koppelbar sein. Ferner kann ein drittes Schaltelement 203 bereitgestellt werden, um die ein oder mehrere Filter- und/oder Begrenzungselemente 205, 206 zu überbrücken, und um den ersten Teilverbraucher 2Ί Ί direkt (an den ein oder mehreren Filter- und/oder Begrenzungselementen 205, 206 vorbei) mit der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 und/oder mit dem zweiten Teilnetz Ί 20 koppeln zu können.
Im Normalbetrieb können das erste Schaltelement 20Ί geschlossen und das zweite und dritte Schaltelement 202, 203 geöffnet sein, so dass der erste Teilverbraucher 2Ί Ί (ggf. allein) aus der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 (und nicht aus der zweiten Versorgungseinheit Ί 24) mit elektrischer Energie versorgt wird. Wenn ein Fehler im ersten T eilnetz Ί Ί 0 und/oder an der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 detektiert wird (z.B. auf Basis der Sensordaten einer Messeinheit Ί Ί 6) kann zunächst das zweite
Schaltelement 202 geschlossen werden, um den ersten Teilverbraucher 2Ί Ί zusätzlich über die ein oder mehreren Filter- und/oder
Begrenzungselemente 205, 206 mit elektrischer Energie aus der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 zu versorgen. Im weiteren Verlauf kann dann das erste Schaltelement 20Ί geöffnet werden (um die fehlerhafte erste
Versorgungseinheit Ί Ί 4 und/oder das fehlerhafte erste Teilnetz Ί Ί 0 zu entkoppeln), und es kann daraufhin das dritte Schaltelement 203
geschlossen werden (um die ein oder mehreren Filter- und/oder
Begrenzungselemente 205, 206 für eine effiziente Energieversorgung aus der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 zu überbrücken). So kann in effizienter Weise eine redundante Energieversorgung für einen Teilverbraucher 2Ί Ί eines Gesamtverbrauchers bereitgestellt werden.
Es wird somit eine Energieversorgungs-Vorrichtung 200 für einen ersten Teilverbraucher 2Ί Ί beschrieben, bei der die Energiebereitstellung über zwei unabhängige Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 erfolgt. Der erste Teilverbraucher 2Ί Ί kann bei einem asymmetrischen Ί oo2 System das leistungsfähigere Teilsystem der beiden Teilsysteme sein. Dieses
Teilsystem wird an beide Teilnetze Ί Ί 0, Ί 20 angeschlossen, so dass das leistungsfähigere Teilsystem bei einem Ausfall einer der beiden
Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 weiterhin verfügbar ist. Bei einem 2oo3 System kann ein Teilsystem an beide Energieversorgungen 1 14, Ί 24 angeschlossen werden, und die anderen beiden Teilsysteme können jeweils an die erste Versorgungseinheit Ί Ί 4 oder an die zweite
Versorgungseinheit Ί 24 angeschlossen werden. Als Folge daraus bleibt im Fall eines Ausfalls einer Energieversorgung immer ein 2oo2-System übrig.
Aus Gesichtspunkten eines systemweiten Energiemanagements in einem Fahrzeug heraus, sollte stets eine definierte Zuordnung von Komponenten bzw. Verbrauchern 2 Ί 2, 2Ί Ί , 22 Ί und Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 bestehen. Insbesondere sollte ein Toggeln oder Wechseln eines
Teilverbrauchers 2Ί Ί zwischen zwei unterschiedlichen
Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 vermieden werden. Ferner sollte ein unterbrechungsfreies Umschalten von einer Versorgungseinheit Ί Ί 4 auf eine andere Versorgungseinheit Ί 24 ermöglicht werden, um so einen Reset eines Teilverbrauchers 2Ί Ί durch kurzzeitige Unterspannung zu vermeiden. Außerdem sollte auch vorübergehend keine niederohmige Verkopplung der T eilnetze Ί Ί 0, Ί 20 bzw. der unterschiedlichen Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 erfolgen, um Leistungsspitzen in den Schaltelementen 20Ί , 202 und/oder transiente Belastungen der Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 zu vermeiden.
Ein Umschalten von der primären Versorgungseinheit Ί Ί 4 auf die
sekundäre Versorgungseinheit Ί 24, das die o.g. Anforderungen erfüllt, wird durch die Schaltung 200 in den Figuren 2a und 2b sichergestellt. Dabei kann ein Widerstand R 205 verwendet werden, der einen Querstrom Iq zwischen den T eilnetzen Ί Ί 0, Ί 20 auf einen zulässigen Wert begrenzt. Der Widerstand 205 kann derart ausgelegt sein, dass zumindest die
Energieversorgung für den Logikanteil des an der Summenversorgung angeschlossenen Steuergeräts des ersten Teilverbrauchers 2Ί Ί über die zweite Versorgungseinheit Ί 24, bei geschlossenem zweiten Schaltelement 202 und bei geöffneten Schaltelementen 20Ί , 203, sichergestellt ist. Des Weiteren kann eine Impedanz X 206 als eine Filterschaltung bereitgestellt werden. Eine Filterschaltung kann verwendet werden, um die Übertragung von leitungsgebundenen Störungen von einem T eilnetz Ί Ί 0 auf das andere Teilnetz Ί 20 zu reduzieren und/oder zu unterbinden.
Die Energieversorgungs-Vorrichtung 200 kann wie folgt betrieben werden.
In einem Ausgangszustand ist das erste Schaltelement 20Ί geschlossen, und die Energieversorgung des Teilverbrauchers 2Ί Ί erfolgt über die erste Versorgungseinheit 1 14.
Ein Fehler in dem ersten Teilnetz Ί Ί 0 kann zu einer Reduktion der ersten Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 führen. Der Teilverbraucher 2Ί Ί an der Summenversorgung kann eine
spannungsabhängige Leistungsdegradation durchführen, sobald die erste Versorgungsspannung unterhalb eines ersten Spannungs-Schwellenwerts fällt. Mit anderen Worten, die Leistungs- und/oder Stromaufnahme des Teilverbrauchers 2Ί Ί kann (spannungsabhängig) reduziert werden.
Wenn die erste Versorgungsspannung trotz der Degradation weiter sinkt, und unter einen zweiten Spannungs-Schwellenwert sinkt, so kann ein Umschalten auf das zweite Teilnetz Ί 20 erfolgen. Der zweite Spannungs- Schwellenwert kann derart sein, dass aufgrund der Leistungsdegradation nur noch der Logikteil inklusive der Kommunikation des Teilverbrauchers 2Ί Ί aktiv sind und der Leistungsteil des Teilverbrauchers 2Ί Ί keine oder annähernd keine Funktion mehr aufweist.
Zum Umschalten kann zunächst das zweite Schaltelement 202
geschlossen werden, um weiterhin eine stabile Funktion der Logikschaltung des Teilverbrauchers 2Ί Ί über die zweite Versorgungseinheit Ί 24 zu gewährleisten. Dabei wird das zweite Schaltelement 202 typischerweise nur dann geschlossen, wenn die zweite Versorgungsspannung an der zweiten Versorgungseinheit 202 größer als die erste Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit 20Ί ist und/oder wenn sich die zweite
Versorgungsspannung in einem zulässigen Betriebsspannungsbereich für den Teilverbraucher 2Ί Ί befindet.
In einem weiteren Schritt wird das erste Schaltelement 20Ί geöffnet, um den Teilverbraucher 2Ί Ί und das zweite Teilnetz Ί 20 bzw. die zweite Versorgungseinheit Ί 24 von der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 zu entkoppeln. Schließlich kann das dritte Schaltelement 203 geschlossen werden. Als Folge daraus liegt die volle zweite Versorgungsspannung der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 an dem Teilverbraucher 2Ί Ί an, und die Leistungsdegradation des Leistungsteils des Teilverbrauchers 2Ί Ί kann wieder zurückgenommen werden. Die gesteuerte Umschaltung ist dann abgeschlossen.
Wie in Fig. 2a dargestellt, kann das dritte Schaltelement 203 eingerichtet sein, die ein oder mehreren Begrenzungselemente 205, 206 aber nicht das zweite Schaltelement 202 zu überbrücken. Alternativ kann das dritte Schaltelement 203 eingerichtet sein, wie in Fig. 2b dargestellt, die ein oder mehreren Begrenzungselemente 205, 206 und das zweite Schaltelement 202 zu überbrücken. Durch die zweite Variante kann die
Versorgungssicherheit aus Sicht von zufälligen Hardwarefehlern eines einzelnen Schaltelements 202, 203 weiter erhöht werden. Des Weiteren kann die Klemmenspannung an dem Teilverbraucher 2Ί Ί durch Entfall eines Schalterinnenwiderstands erhöht werden. Die Schaltelemente 202 und 203 können somit parallel oder in Serie geschaltet sein.
Die Parallelschaltung (gemäß Fig. 2b) ist aus Sicht einer niederimpedanten Versorgung vorteilhaft. Die Serienschaltung (gemäß Fig. 2a) kann aus Gründen der funktionalen Sicherheit vorteilhaft sein, wenn ein fehlerhaftes Verbinden der Versorgungsleitungen Ί 22 und Ί Ί 2 sicher zu vermeiden ist. Die Steuerung der zeitlichen Abfolge der Stellungen der Schaltelemente 201 , 202, 203 kann in Hardware in einem separaten Gerät Ί 03
implementiert sein und/oder durch eine Logikschaltung, implementiert in dem Steuergerät 223 des Teilverbrauchers 2Ί Ί , erfolgen.
Ggf. können (wie in Zusammenhang mit Fig. Ί dargelegt) die beiden Versorgungseinheiten 1 14, Ί 24 nicht unabhängig voneinander sein, da die Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 über das Energienetz Ί 00 des Fahrzeugs mittels eines Koppel-Schaltelements Ί 02 miteinander verbunden sind, wobei das Koppel-Schaltelement Ί 02 von einem übergeordneten
Energiemanagementsystem gesteuert werden kann. In diesem Fall können Spannungen an den beiden Versorgungseinheiten Ί Ί 4, Ί 24 zu jedem Umschaltzeitpunkt ausgewertet werden, um ein fehlerhaftes Zu- und Abschalten einer Versorgungseinheit Ί Ί 4, Ί 24 zu vermeiden. Bei einem geschlossenen Koppel-Schaltelement Ί 02 brechen die beiden
Versorgungsspannungen bei Vorliegen eines Versorgungsnetzfehlers zeitgleich ein. Erst nachdem das Versorgungsnetz Ί 00 das Koppel- Schaltelement Ί 02 geöffnet hat, kann das fehlerfreie Teilnetz anhand der Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten
Versorgungsspannung und/oder durch die Auswertung der Absolutwerte der an den Klemmen eines oder mehrerer Teilverbraucher 2Ί Ί , 2Ί 2, 22Ί anliegenden Versorgungsspannung zuverlässig identifiziert werden. Es kann dann entschieden werden, ob ein Umschalten von der ersten
Versorgungseinheit Ί Ί 4 auf die zweite Versorgungseinheit Ί 24 erforderlich ist oder nicht. Dies kann z.B. in einer zentralen Steuereinheit Ί 03 oder unabhängig davon in einem Steuergerät 223 (z.B. innerhalb des
Verbrauchers 2Ί Ί ) erfolgen. Insbesondere kann überprüft werden, ob die mindestens erforderliche Spannungsschwelle der aktuellen
Versorgungspfades des ersten Teilverbrauchers 2Ί Ί unterschritten wird. Wenn dies der Fall ist, kann auf die zweite Versorgungseinheit (in diesem Dokument auch als Energiequelle bezeichnet) Ί 24 umgeschaltet werden.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Energieversorgung eines elektrischen Gesamtverbrauchers, der zur
Bereitstellung einer Funktion (z.B. einer Brems- oder Lenkfunktion) einen ersten Teilverbraucher 2Ί Ί und zumindest einen redundanten zweiten Teilverbraucher 22 Ί umfasst. Dabei kann der Gesamtverbraucher eine asymmetrische Redundanz aufweisen, wobei der erste Teilverbraucher 2Ί Ί ggf. eine höhere Leistungsfähigkeit in Bezug auf die zu erbringende
Funktion aufweisen kann als der zweite Teilverbraucher 22 Ί . Das Verfahren 300 kann Software- und/oder hardwarebasiert ausgeführt werden.
Das Verfahren 300 umfasst das Bewirken 30Ί , dass in einem Normalbetrieb ein erstes Schaltelement 20Ί geschlossen ist, so dass der erste
Teilverbraucher 2Ί Ί über das geschlossene erste Schaltelement 20Ί mit einer ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 gekoppelt ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Detektieren 302, dass eine erste
Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 einen
Spannungs-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Der Spannungs- Schwellenwert kann dabei derart sein, dass unterhalb des Spannungs- Schwellenwertes die Funktion des ersten Teilverbrauchers 2Ί Ί nicht mehr (oder zumindest nur noch teilweise) erbracht werden kann.
Das Verfahren 300 umfasst ferner, in Reaktion auf das Detektieren 302, das Bewirken 303, dass ein zweites Schaltelement 202 geschlossen wird, so dass der erste Teilverbraucher 2Ί Ί über ein oder mehrere elektrische Begrenzungselemente (z.B. ein oder mehrere passive elektrische Elemente) 205, 206 und über das geschlossene zweite Schaltelement 202 mit einer zweiten Versorgungseinheit Ί 24 gekoppelt ist. Dabei kann der zweite Teilverbraucher 22Ί ggf. standardmäßig mit der zweiten Versorgungseinheit 124 gekoppelt sein. Der erste Teilverbraucher 2Ί Ί kann somit vorübergehend sowohl mit der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 (über das geschlossene erste Schaltelement 20Ί ) als auch mit der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 (über das geschlossene zweite Schaltelement 202) gekoppelt sein. Durch die ein oder mehreren Begrenzungselemente 205, 206 kann eine Begrenzung der Auswirkungen der zweiten
Versorgungseinheit Ί 24 auf die ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 (oder umgekehrt) bewirkt werden. So kann (ohne Unterbrechung) eine
zuverlässige Energieversorgung bewirkt werden.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das anschließende Bewirken 304, dass das erste Schaltelement 20Ί geöffnet wird, um den ersten
Teilverbraucher 2Ί Ί von der ersten Versorgungseinheit Ί Ί 4 zu trennen. Außerdem umfasst das Verfahren 300 das anschließende Bewirken 305, dass ein drittes Schaltelement 203 geschlossen wird, um die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente 205, 206 zu überbrücken. Als Folge daraus wird der erste Teilverbraucher 2Ί Ί niederimpedant direkt aus der zweiten Versorgungseinheit Ί 24 mit elektrischer Energie versorgt.
Insgesamt kann durch das Verfahren 300 in effizienter Weise eine zuverlässige und redundante Energieversorgung für einen Teilverbraucher 2Ί Ί eines elektrischen Gesamtverbrauchers bereitgestellt werden (z.B. für ein Ί oo2 oder für ein 2oo3 Redundanzkonzept).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
Ί ) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) für einen ersten elektrischen Verbraucher (2 Ί Ί ); wobei die Vorrichtung (200) umfasst,
- eine erste Versorgungseinheit (Ί Ί 4), die über ein erstes
Schaltelement (20 Ί ) mit dem ersten Verbraucher (2Ί Ί ) koppelbar ist;
- eine zweite Versorgungseinheit (Ί 24), die über ein zweites
Schaltelement (202) und über ein oder mehrere elektrische Begrenzungselemente (205, 206) mit dem ersten Verbraucher (2Ί Ί ) koppelbar ist; und
- ein drittes Schaltelement (203), das eingerichtet ist, die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (205, 206) zu überbrücken; und
- eine Steuereinheit (Ί 03, 223), die eingerichtet ist,
- zu bewirken, dass in einem Normalbetrieb das erste
Schaltelement (20 Ί ) geschlossen ist, und das zweite und dritte Schaltelement (202, 203) geöffnet sind;
- zu detektieren, dass eine erste Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) einen Spannungs- Schwellenwert erreicht oder unterschreitet;
- in Reaktion darauf zu bewirken, dass zunächst das zweite Schaltelement (202) geschlossen, anschließend das erste Schaltelement (20 Ί ) geöffnet, und anschließend das dritte Schaltelement (203) geschlossen werden, so dass der erste Verbraucher (2Ί Ί ) mit der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt ist.
2) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (Ί 03, 223) eingerichtet ist, - zu überprüfen, ob eine zweite Versorgungsspannung an der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) über einem zweiten Spannungs-Schwellenwert liegt; und
- zu bewirken, dass der erste Verbraucher (2Ί Ί ) mit der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt wird, wenn bestimmt wurde, dass die zweite Versorgungsspannung über dem zweiten Spannungs-Schwellenwert liegt.
3) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die erste Versorgungseinheit (Ί Ί 4) Teil eines ersten Teilnetzes (Ί Ί 0) und die zweite Versorgungseinheit (Ί 24) T eil eines zweiten Teilnetzes (Ί 20) eines Gesamt-Versorgungsnetzes (Ί 00) sind;
- das erste T eilnetz (Ί Ί 0) und das zweite T eilnetz (Ί 20) über ein Koppel-Schaltelement (Ί 02) miteinander koppelbar sind; und
- die Steuereinheit (Ί 03, 223) eingerichtet ist,
- zu überprüfen, ob das Koppel-Schaltelement (Ί 02) geöffnet ist; und
- zu bewirken, dass der erste Verbraucher (2Ί Ί ) mit der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt wird, wenn bestimmt wurde, dass das Koppel-Schaltelement (Ί 02) geöffnet ist.
4) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (205, 206) einen elektrischen Widerstand (205) umfassen, der eingerichtet ist, einen Strom von der zweiten
Versorgungseinheit (Ί 24) zu der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) zu begrenzen. 5) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (205, 206) eine elektrische Filterschaltung (206) umfassen, die eingerichtet ist, zumindest teilweise eine Übertragung von leitungsgebundenen Störungen von der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) zu der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) und/oder umgekehrt zu dämpfen.
6) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das zweite Schaltelement (202) einen ersten Knotenpunkt
aufweist, der mit der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt ist und einen zweiten Knotenpunkt aufweist, der mit den ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselementen (205, 206) gekoppelt ist; und
- der erste Verbraucher (2Ί Ί ) mit einem Versorgungspunkt
gekoppelt ist; und
- das dritte Schaltelement (203) ausgebildet ist, den zweiten
Knotenpunkt des zweiten Schaltelements (202) mit dem Versorgungspunkt zu koppeln; oder
- das dritte Schaltelement (203) ausgebildet ist, den ersten
Knotenpunkt des zweiten Schaltelements (202) mit dem Versorgungspunkt zu koppeln.
7) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der erste Verbraucher (2Ί Ί ) ausgebildet ist, eine Funktion
bereitzustellen;
- der erste Verbraucher (2Ί Ί ) Teil eines Gesamtverbrauchers ist; - der Gesamtverbraucher zur Bereitstellung der Funktion einen zweiten Verbraucher (22 Ί ) umfasst, der redundant zu dem ersten Verbraucher (2Ί Ί ) ist; und
- der zweite Verbraucher (22Ί ) mit der zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt ist.
8) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 7, wobei
- der Gesamtverbraucher eine asymmetrische Redundanz
aufweist; und
- eine funktionale Leistungsfähigkeit und/oder eine
Leistungsaufnahme des ersten Teilverbrauchers (2Ί Ί ) höher ist als eine funktionale Leistungsfähigkeit und/oder eine
Leistungsaufnahme des zweiten Teilverbrauchers (22 Ί ).
9) Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Verbraucher (2Ί Ί ) Teil eines Gesamtverbrauchers ist, und wobei der Gesamtverbraucher einen redundanten dritten Verbraucher (2Ί 2) umfasst, der mit der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) gekoppelt ist.
^Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (20 Ί ), das zweite Schaltelement (202) und/oder das dritte Schaltelement (203) jeweils zumindest einen Halbleiter-basierten Schalter, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, und/oder ein Relais umfassen.
Ί ^Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Verbraucher (2Ί Ί ) eingerichtet ist, vor Erreichen des Spannungs-Schwellenwerts eine Leistungsdegradation durchzuführen.
Ί 2)Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Steuereinheit (Ί 03, 223) T eil des ersten T eilverbrauchers (2Ί Ί ) ist; und/oder
- die Steuereinheit (Ί 03, 223) T eil eines Steuergeräts des ersten Teilverbrauchers (2Ί Ί ) ist.
13)Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Vorrichtung (200) zumindest eine Messeinheit (Ί Ί 6) umfasst, die eingerichtet ist, Sensordaten in Bezug auf die erste Versorgungsspannung zu erfassen; und
- die Steuereinheit (Ί 03, 223) eingerichtet ist, auf Basis der
Sensordaten zu detektieren, dass die erste
Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) den Spannungs-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Ί 4)Elektrisches Versorgungsnetz (Ί 00) für ein Fahrzeug, wobei das
elektrische Versorgungsnetz (Ί 00) die Energieversorgungs-Vorrichtung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Ί 5)Verfahren (300) zur Energieversorgung eines elektrischen
Gesamtverbrauchers, der zur Bereitstellung einer Funktion einen ersten Verbraucher (2Ί Ί ) umfasst; wobei das Verfahren (300) umfasst,
- Bewirken (30 Ί ), dass in einem Normalbetrieb ein erstes
Schaltelement (20 Ί ) geschlossen ist, so dass der erste Verbraucher (2Ί Ί ) über das geschlossene erste Schaltelement (20Ί ) mit einer ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) gekoppelt ist; - Detektieren (302), dass eine erste Versorgungsspannung an der ersten Versorgungseinheit (Ί 14) einen Spannungs- Schwellenwert erreicht oder unterschreitet;
- in Reaktion darauf, Bewirken (303), dass ein zweites
Schaltelement (202) geschlossen wird, so dass der erste
Verbraucher (2Ί Ί ) über ein oder mehrere elektrische
Begrenzungselemente (205, 206) und über das geschlossene zweite Schaltelement (202) mit einer zweiten Versorgungseinheit (Ί 24) gekoppelt ist;
- anschließendes Bewirken (304), dass das erste Schaltelement
(20Ί ) geöffnet wird, um den ersten Verbraucher (2Ί Ί ) von der ersten Versorgungseinheit (Ί Ί 4) zu entkoppeln; und
- anschließendes Bewirken (305), dass ein drittes Schaltelement (203) geschlossen wird, um die ein oder mehreren elektrischen Begrenzungselemente (205, 206) zu überbrücken.
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