WO2022175181A1 - Bordnetz und verfahren zum betrieb eines bordnetzes - Google Patents

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WO2022175181A1
WO2022175181A1 PCT/EP2022/053383 EP2022053383W WO2022175181A1 WO 2022175181 A1 WO2022175181 A1 WO 2022175181A1 EP 2022053383 W EP2022053383 W EP 2022053383W WO 2022175181 A1 WO2022175181 A1 WO 2022175181A1
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sub
network
switching element
event
electrical system
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PCT/EP2022/053383
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Thomas Klawitter
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R2021/0027—Post collision measures, e.g. notifying emergency services

Definitions

  • the invention relates to an on-board electrical system for a vehicle.
  • the invention relates to the efficient and reliable arrangement of electrical consumers in a vehicle electrical system.
  • a vehicle has at least one on-board electrical system for supplying electrical energy to a large number of electrical loads in the vehicle. Different electrical loads can have different functional safety requirements.
  • the vehicle can have one or more electrical consumers that are safety-relevant for the (driving) operation of the vehicle and/or that have to be designed according to a specific ASIL (Automotive Safety Integrity Level).
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • the vehicle typically has one or more electrical consumers that are not safety-related and/or that only have to be provided in accordance with QM (quality measure or quality management).
  • This document deals with the technical task of operating different electrical consumers, in particular with different integrity and/or usage requirements, in an efficient and reliable manner within an on-board network.
  • an on-board electrical system for a (motor) vehicle is described.
  • the vehicle electrical system can have a nominal voltage in the low-voltage range of 60V or less, in particular 12V or 48V.
  • the vehicle electrical system includes a first sub-network with a first energy source and with one or more first electrical consumers.
  • the first energy source can include a DC-DC converter for providing electrical energy from another vehicle electrical system with a different mains voltage and/or a generator for generating electrical energy.
  • the first sub-network (in particular the components of the first sub-network) can be designed according to QM (Quality Management) according to IS026262 and/or not according to an ASIL (automotive safety integrity level) level A to D according to IS026262.
  • the vehicle electrical system also includes a second sub-network with a second energy source and with one or more second electrical consumers.
  • the second energy source can include an energy store, in particular an electrochemical energy store, such as a lithium-ion-based battery or a lead-acid battery.
  • the second sub-network (in particular the components of the second sub-network) can be designed according to an ASIL level A to D according to IS026262.
  • the vehicle electrical system also includes an isolating switching element (e.g. a relay and/or a semiconductor-based switching element), which is designed to isolate the first sub-network from the second sub-network (by opening the isolating switching element) or the first sub-network to the second sub-network (Electrically conductive) to connect (when the separating switching element is closed).
  • the Separation Switching element can be designed according to an ASIL level A to D according to IS026262.
  • the isolating switching element can be used to (galvanically) isolate the first sub-network (which can have relatively low integrity requirements compared to the second sub-network) from the second sub-network (in particular by opening the isolating switching element). In this way it can be ensured in an efficient and reliable manner that, in the event of an event (e.g. a fault or an accident), safe operation of one or more components of the second sub-network is still enabled (without any possible impairment by the first sub-network).
  • an event e.g. a fault or an accident
  • the vehicle electrical system also includes at least one event-relevant electrical consumer.
  • An event-relevant consumer can be a consumer that does not meet the security and/or integrity requirements of the second subnetwork, but (to provide a subset of subfunctions of the event-relevant consumer) when an opening event occurs (at which the isolating switching element is opened) should be coupled to the second sub-network.
  • the event-relevant consumer can, for example, be designed according to QM according to ISO26262 and/or not according to ASIL levels A to D.
  • An example of an event-relevant consumer is a door control device that is designed to unlock a vehicle door.
  • the event-relevant consumer can be designed to provide a total set of sub-functions when the event-relevant consumer is coupled to the first sub-network. Furthermore, the event-relevant consumer can be designed to provide only a subset (reduced compared to the total amount) of the total amount of subfunctions if the event-relevant consumer is coupled to the second subnetwork. Alternatively or additionally, the event-relevant consumer can be designed in such a way that the event-relevant consumer has a lower electrical Has energy consumption and/or a lower electrical power requirement when the event-relevant consumer is coupled to the second sub-network than when the event-relevant consumer is coupled to the first sub-network.
  • the vehicle electrical system also includes an alternating switching element (e.g. an alternating relay and/or a semiconductor-based switching element), which is designed to selectively (either directly) bypass the event-relevant consumer past the isolating switching element and/or without involving the isolating switching element. to couple to the first sub-network or (directly) to the second sub-network.
  • the changeover switching element can be arranged parallel to the isolating switching element.
  • the changeover switching element can be designed to couple the event-relevant load selectively (either) to a first node of the isolating switching element (electrically conductive), which faces the first sub-network, or to a second node of the isolating switching element (electrically conductive) to be coupled, which faces the second sub-network.
  • the isolating switching element can be designed to (galvanically) couple the first node and the second node to one another (if the isolating switching element is closed) or (galvanically) to isolate them from one another (if the isolating switching element is open).
  • the changeover switching element can be designed according to an ASIL level A to D according to IS026262.
  • a vehicle electrical system is thus described which is designed to couple at least one event-relevant consumer past the isolating switching element either to the first sub-network (in order to enable normal operation of the event-relevant consumer with a relatively high energy consumption) or to the second to couple sub-network (in order to provide one or more event-relevant sub-functions of the event-relevant consumer in the presence of an opening event (which is not due to a malfunction in the first sub-network). So an event-relevant consumer with relatively low integrity requirements (especially with a restriction to QM requirements) can be operated efficiently within the vehicle electrical system.
  • the vehicle electrical system can be designed in such a way that the changeover switching element, in normal operation and/or when the isolating switching element connects the first sub-network to the second sub-network (electrically conductive), the event-relevant consumer, in particular without the integration of the isolating switching element, (directly, electrically conductive) connects to the first sub-network.
  • the vehicle electrical system can be designed in such a way that the changeover switching element, when there is an opening event (which is not based on a malfunction in the first sub-network) and/or when the isolating switching element disconnects the first sub-network (galvanically) from the separates the second sub-network, connects the event-relevant consumer (directly, electrically conductively) to the second sub-network, in particular without involving the separating switching element.
  • the changeover switching element when there is an opening event (which is not based on a malfunction in the first sub-network) and/or when the isolating switching element disconnects the first sub-network (galvanically) from the separates the second sub-network, connects the event-relevant consumer (directly, electrically conductively) to the second sub-network, in particular without involving the separating switching element.
  • the vehicle electrical system can include a control unit which is designed to selectively couple the changeover switching element to the first sub-network or to the second sub-network, in particular without involving the isolating switching element, depending on a switching state of the isolating switching element.
  • control unit can be set up to cause the changeover switching element to couple the event-relevant consumer (galvanically and/or electrically conductive) to the first sub-network when the isolating switching element is closed and thus the first sub-network to the second sub-network is (electrically conductive) coupled, and/or to cause the changeover switching element to couple the event-relevant consumer (galvanically and/or electrically conductive) to the second sub-network when the isolating switching element is open and thus the first sub-network ( galvanically) is decoupled from the second sub-network. So operation of the event-relevant consumer can be made possible in a particularly reliable manner in a manner that is cost-efficient and space-efficient.
  • the control unit may be configured to determine that there is an opening event (in particular an opening event that is not due to a malfunction in the first sub-network).
  • exemplary opening events are a vehicle break-in or a vehicle parking state (in which the vehicle is parked).
  • the control unit can also be set up, in response to the detected opening event (in particular in response to the detected opening event that is not based on a malfunction in the first sub-network), to cause the isolating switching element to be opened in order to cause the first sub-network to be (galvanically) decoupled from the second sub-network, and/or cause the changeover switching element to (galvanically) decouple the event-relevant load from the first sub-network and (galvanically) couple it to the second sub-network .
  • the control unit can be set up to cause the isolating switching element to be closed in order to cause the first sub-network (galvanically and/or electrically conductive) to connect to the second part network-coupled, and/or to cause the changeover switching element to couple the event-relevant consumer, in particular directly, without involving the isolating switching element (galvanically and/or electrically conductively) to the first sub-network and in particular only indirectly via the Separating switching element (galvanically and / or electrically conductive) coupled to the second sub-network.
  • the control unit can be set up to determine whether the isolating switching element was opened due to an error or due to a malfunction, in particular due to a short circuit, in the first sub-grid and/or whether the isolating switching element was opened due to a predefined Operating condition, in particular due to a parking condition or an accident condition, the vehicle (and thus not due to a malfunction in the first sub-network) was opened.
  • control unit can be set up to determine whether an opening event is occurring that is not based on a malfunction in the first sub-network, or whether there is an opening event that is based on a malfunction in the first sub-network. In both cases, the isolating switching element can be opened.
  • control unit can be set up to cause, in particular only to cause, that the changeover switching element decouples the event-relevant consumer from the first sub-network and couples it to the second sub-network when there is an opening event that is not due to a malfunction in the first subnet is based.
  • the control unit can also be set up to cause the changeover switching element to continue to couple the event-relevant load to the first sub-network and not couple it to the second sub-network when there is an opening event that is based on a malfunction in the first sub-network .
  • a (road) motor vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle
  • vehicle electrical system described in this document.
  • a method for operating an on-board electrical system includes determining that there is an open event.
  • the method further includes, in response to the determining, causing the isolation switching element to open to (galvanically) decouple the first sub-grid from the second sub-grid, and causing the toggle switching element to switch the event-related Consumers (galvanically and / or electrically conductive) coupled to the second sub-network.
  • the method may further include determining that there is an opening event based on a malfunction in the first sub-grid, in particular on a voltage in the first sub-grid being below a voltage threshold and/or on a current in the first sub-network, which is above a current threshold value.
  • the disconnect switching element may be caused to open to decouple the first sub-network from the second sub-network, and the toggle switching element may be caused to continue to couple the event-relevant load to the first sub-network.
  • the reliability of the operation of the vehicle electrical system can be further increased.
  • SW software program
  • the SW program can be set up to run on a processor (e.g. on a control unit of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.
  • a storage medium can comprise a SW program which is set up to be executed on a processor and thereby to carry out the method described in this document.
  • FIG. 1a shows an exemplary on-board electrical system for a vehicle with a number of sub-networks
  • FIG. 1b shows the vehicle electrical system from FIG. 1a with an event-relevant electrical consumer
  • FIG. 2 shows an on-board electrical system with a changeover switching element
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary method for operating an on-board electrical system.
  • FIG. 1 shows an exemplary on-board electrical system 100 for supplying the electrical consumers of a vehicle.
  • the vehicle electrical system 100 is designed, electrical consumers 112, 122 with different safety and / or integrity requirements with electrical energy. Examples of consumers 112, 122 are
  • a safety-relevant consumer 122 which, for example, must or does meet specific integrity requirements, in particular a specific ASIL level;
  • the on-board electrical system 100 can have a number of sub-networks 110,
  • vehicle electrical system 100 can have a first sub-network 110 for one or more non-safety-relevant (first) loads 112 and a second sub-network 120 for one or more safety-relevant (second) loads 122 .
  • Each of the sub-grids 110, 120 can have its own energy source 111, 121 (e.g. an electrochemical energy store and/or a voltage converter), which is designed to provide electrical energy in the respective sub-grid 110, 120.
  • the first sub-grid 110 may include a first energy source 111 (e.g. a voltage converter that is set up to provide electrical energy from another on-board power supply of the vehicle) and the second sub-grid 120 may include a second energy source 121 (e.g. an energy store).
  • the first energy source 111 can be designed to provide a higher amount of electrical energy and/or a higher electrical output than the second energy source 121.
  • the two sub-networks 110, 120 can have a separating element or a separating switching element 101, for example a relay and/or a semiconductor-based Switching element, be electrically connected to each other.
  • a separating element or a separating switching element 101 for example a relay and/or a semiconductor-based Switching element
  • a control unit 150 can cause the separating element 101 to be opened in order to avoid an effect of the first sub-grid 110 on the one or more safety-relevant (second) consumers 122 of the second sub-grid 120 to avoid.
  • the vehicle electrical system 100 can thus be designed to provide a safe electrical energy supply for safety-relevant vehicle functions, such as for a steering, a brake, a light and/or a wiper, so that even after a fault has occurred (e.g. after a fault in the power supply).
  • safety-relevant consumers 122 continue to be provided with electrical energy.
  • This can be achieved using a vehicle electrical system architecture in which a second partial vehicle electrical system 120 with a qualification for functional safety can be separated from a first partial vehicle electrical system 110 with QM qualification via a circuit breaker 101 .
  • Each of these sub-board networks 110, 120 typically has a power distribution via one or more (possibly electronic) power distributors, which further branch and distribute the integrity (QM or ASIL) provided in each case.
  • QM integrity
  • the generator 111 in the first sub-network 110 e.g. a converter for providing electrical energy from a 48V or HV (high-voltage) vehicle electrical system
  • equalizing currents typically flow via the (closed) isolating element 101 to supply the one or more loads 122 in the second sub-grid 120. If necessary, relatively large currents can flow through the isolating element to charge the battery 121 in the second sub-grid 120 and/or for short-term requirements 101 flow.
  • an event-relevant consumer a consumer who does not have any special safety and/or integrity requirements for the energy supply (who, for example, only has to meet QM requirements), but who also after an opening event in which the separating element 101 was opened, within the second Sub-network 120 should or must be supplied with electrical energy, referred to as an event-relevant consumer.
  • FIG. 1b shows a vehicle electrical system 100 with an example of an event-relevant consumer 132 which is connected to the second sub-network 120 via a second isolating element 131 .
  • the second separating element 131 satisfies the safety and/or integrity requirements (for example a specific ASIL level) of the second sub-network 120. This makes it possible to securely connect a QM consumer 132 to the second sub-network 120.
  • the architecture shown in FIG. 1b results in the electrical power for the event-relevant consumer 132 being routed via the first isolating element 101 in normal operation, so that the first isolating element 101 must be designed to be correspondingly powerful.
  • the first separating element 101 must then be designed for the power requirements of all sub-functions of the event-relevant consumer 132.
  • FIG. 2 shows a vehicle electrical system 100 with an event-relevant consumer 132, which can be optionally connected to the first sub-network 110 or to the second sub-network 120 via a changeover element (in particular via a changeover switching element).
  • the interchangeable element 201 is arranged parallel to the (first) separating element 101 so that the electrical energy for supplying the event-relevant consumer 132 does not have to be routed via the (first) separating element 101 .
  • the control unit 150 of the vehicle electrical system 100 can be set up to cause the event-relevant consumer 132 to be connected to the first sub-grid 110 via the changeable element 201 in normal operation, so that the electrical energy for the operation of the event-relevant consumer 132 ( possibly exclusively and/or directly) from the first sub-network 110.
  • control unit 150 can be set up, in response to a recognized opening event in which the separating element 101 is opened in order to decouple the second sub-network 120 from the first sub-network 110, to cause the change element 201 to relevant consumer 132 to couple to the second sub-network 120 (and thus to decouple from the first sub-network 110). It can thus be efficiently achieved that the event-relevant consumer 132 in the event of an opening event (such as after an accident) is safely (possibly exclusively and/or directly) supplied with electrical energy from the second sub-grid 120 in order to Event-relevant sub-function of the event-relevant consumer 132 to provide.
  • a vehicle electrical system 100 is thus described in which one or more components 132 that do not place any safety requirements on the vehicle electrical system (e.g. that are only designed according to QM), but are still in one or more states when the separating element 101 is open from the battery side and/or must be supplied from the second sub-grid 120, via a changeover relay 201 (generally via a change-over element) need-controlled and dynamically assigned to the converter side or the first sub-grid 110 or the battery side or the second sub-grid 120.
  • a changeover relay 201 generally via a change-over element
  • the one or more components 132 supplied via the changeover element 201 in the normal case (e.g. when the vehicle is active, for example during the “living” or “driving” state) in the first sub-network 110 via the generator 111 (e.g. via a DC converter or via a generator) and only to be assigned to the second sub-network 120 with the source 121 via the alternating element 201 if required (e.g. during the “parking” or “crash” state).
  • the one or more event-relevant components 132 typically have a lower power requirement for these special cases (parking, crash) than in a normal case.
  • the vehicle electrical system architecture shown in FIG. 2 makes it possible to dimension the separating element 101 relatively small and thus in a cost-effective and space-efficient manner.
  • a door control device (for example for the front and rear right doors) is an example of an event-relevant consumer 132.
  • the door control device can have a relatively high maximum current consumption, for example as the armrest heaters in the doors are also supplied via the door control unit (e.g. with 15A each). Since a heater is a permanent consumer, the separating element 101 would have to be designed to be correspondingly large and/or powerful without using a changeover switch 201, because these permanent currents would have to be routed via the separating element 101 (as shown in FIG. 1b).
  • the door control unit is typically a post-crash relevant component and must therefore be located on the battery side (i.e. in the second sub-network 120) in order to be able to execute the “door unlock” function after a crash. However, the function of the armrest heating is no longer required after a crash. If the changeover switch 201 is used, it is possible to leave the high continuous currents directly in the first partial vehicle electrical system 110 on the converter side and not to route them via the main isolating switch 101 .
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary (possibly computer-implemented) method 300 for operating an electrical vehicle electrical system 100.
  • Method 300 can be executed by a control unit 150 of vehicle electrical system 100 and/or a vehicle.
  • Vehicle electrical system 100 includes a first sub-network 110 with a first energy source 111 and/or with one or more first electrical consumers 112.
  • First sub-network 110 can, for example, only be designed according to QM and/or not according to a specific ASIL level.
  • the vehicle electrical system 100 also includes a second sub-network 120 with a second energy source 121 (eg an energy store) and/or with one or more second electrical consumers 122.
  • the second sub-network 120 can be designed according to a specific ASIL level, for example.
  • the vehicle electrical system 100 includes an isolating switching element 101 which is designed to isolate the first sub-system 110 from the second sub-system 120 .
  • the isolating switching element 101 can be designed according to the specific ASIL level.
  • vehicle electrical system 100 includes at least one event-relevant electrical consumer 132 (which, for example, is only designed according to QM and/or not according to the specific ASIL level), and a changeover switching element 201 that is designed to address event-relevant consumer 132 to couple the isolating switching element 101 over and/or without incorporating the isolating switching element 101 selectively to the first sub-network 110 or to the second sub-network 120.
  • the changeover switching element 201 can be designed according to the specific ASIL level.
  • the method 300 includes determining 301 that an opening event (e.g., an accident or a parked vehicle condition) is present.
  • the opening event can be detected, for example, on the basis of a signal on a data BUS in the vehicle.
  • the method 300 comprises in response to the determination 301, causing 302 that the disconnect switching element 101 is opened to decouple the first sub-network 110 (galvanically) from the second sub-network 120, and causing 303 that the change -Switching element 201 couples the event-relevant consumer 132 to the second sub-network 120.
  • a vehicle electrical system 100 that is efficient in terms of costs and installation space can be provided and operated.
  • step 301 it can be determined (step 301) that an opening event is present that is not based on a fault (eg on an undervoltage, on an overload and/or on a short circuit) in the first sub-grid 110 .
  • Reassigning the event-relevant consumer 132 from the first sub-network 110 to the second sub-network 120 by the changeover switching element 201 (step 303) can only take place if there is an opening event that is not due to an error in the first Subnet 110 is based.
  • the reassignment can possibly only take place when the vehicle electrical system 100 , in particular the first sub-system 110 , is operating correctly.
  • the event-relevant consumer 132 which may be the Error cause for the error in the first sub-network 110 is an error in the second sub-network 120 causes. It can thus be avoided in a reliable manner that the integrity of the second sub-network 120 is impaired by the consumer 132 relevant to the event.

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Abstract

Es wird ein elektrisches Bordnetz (100) für ein Fahrzeug beschrieben. Das Bordnetz (100) umfasst ein erstes Teilnetz (110) mit einer ersten Energiequelle (111) und ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern (112), ein zweites Teilnetz (120) mit einer zweiten Energiequelle (121) und ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern (122), sowie ein Trenn-Schaltelement (101), das ausgebildet ist, das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) zu trennen. Des Weiteren umfasst das Bordnetz (100) zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher (132) und ein Wechsel-Schaltelement (201), das ausgebildet ist, den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) an dem Trenn-Schaltelement (101) vorbei selektiv mit dem ersten Teilnetz (110) oder mit dem zweiten Teilnetz (120) zu koppeln.

Description

Bordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die effiziente und zuverlässige Anordnung von elektrischen Verbrauchern in einem Bordnetz eines Fahrzeugs.
Ein Fahrzeug weist zumindest ein elektrisches Bordnetz zur elektrischen Energieversorgung einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs auf. Dabei können unterschiedliche elektrische Verbraucher unterschiedliche Anforderungen an die funktionale Sicherheit aufweisen. Insbesondere kann das Fahrzeug ein oder mehrere elektrische Verbraucher aufweisen, die für den (Fahr-) Betrieb des Fahrzeugs sicherheitsrelevant sind und/oder die gemäß einem bestimmten ASIL (Automotive Safety Integrity Level) ausgelegt sein müssen. Ferner weist das Fahrzeug typischerweise ein oder mehrere elektrische Verbraucher auf, die nicht sicherheitsrelevant sind und/oder die nur gemäß QM (Qualitätsmaßnahme bzw. Quality Management) bereitgestellt werden müssen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, unterschiedliche elektrische Verbraucher, insbesondere mit unterschiedlichen Integritäts- und/oder Nutzungsanforderungen, in effizienter und zuverlässiger Weise innerhalb eines Bordnetzes zu betreiben.
Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird daraufhingewiesen, 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 ein elektrisches Bordnetz für ein (Kraft-) Fahrzeug beschrieben. Das Bordnetz kann eine Nennspannung im Niedervolt-Bereich bei 60V oder weniger, insbesondere bei 12V oder 48V, aufweisen.
Das Bordnetz umfasst ein erstes Teilnetz mit einer ersten Energiequelle und mit ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern. Die erste Energiequelle kann einen Gleichspannungswandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem anderen Bordnetz mit einer anderen Netzspannung und/oder einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie umfassen. Das erste Teilnetz (insbesondere die Komponenten des ersten Teilnetzes) kann gemäß QM (Quality Management) nach IS026262 und/oder nicht gemäß einem ASIL (automotive safety integrity level) Level A bis D nach IS026262 ausgelegt sein.
Das Bordnetz umfasst ferner ein zweites Teilnetz mit einer zweiten Energiequelle und mit ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern. Die zweite Energiequelle kann einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, etwa eine Lithium -Ionen-basierte Batterie oder einen Bleiakkumulator, umfassen. Das zweite Teilnetz (insbesondere die Komponenten des zweiten Teilnetzes) kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach IS026262 ausgelegt sein.
Des Weiteren umfasst das Bordnetz ein Trenn-Schaltelement (z.B. ein Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement), das ausgebildet ist, das erste Teilnetz von dem zweiten Teilnetz zu trennen (durch Öffnen des Trenn- Schaltelements) oder das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) zu verbinden (wenn das Trenn-Schaltelement geschlossen ist). Das Trenn- Schaltelement kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach IS026262 ausgelegt sein.
Das Trenn-Schaltelement kann dazu genutzt werden, das erste Teilnetz (welches im Vergleich zu dem zweiten Teilnetz relativ niedrige Integritätsanforderungen aufweisen kann) von dem zweiten Teilnetz (galvanisch) zu trennen (insbesondere durch Öffnen des Trenn-Schaltelements). So kann in effizienter und zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass bei Vorliegen eines Ereignisses (z.B. eines Fehlers oder eines Unfalls) weiterhin ein sicherer Betrieb der ein oder mehreren Komponenten des zweiten Teilnetzes ermöglicht wird (ohne eine mögliche Beeinträchtigung durch das erste Teilnetz).
Das Bordnetz umfasst ferner zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher. Ein Ereignis-relevanter Verbraucher kann dabei ein Verbraucher sein, der nicht die Sicherheits- und/oder Integritäts- Anforderungen des zweiten Teilnetzes erfüllt, der aber (zur Bereitstellung einer Teilmenge von Teilfunktionen des Ereignis-relevanten Verbrauchers) bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (bei dem das Trenn-Schaltelement geöffnet wird) mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt sein sollte. Der Ereignis-relevante Verbraucher kann z.B. gemäß QM nach ISÖ26262 und/oder nicht gemäß einem ASIL Level A bis D ausgelegt sein. Ein beispielhafter Ereignis-relevanter Verbraucher ist ein Türsteuergerät, das ausgebildet ist, eine Fahrzeugtür zu entriegeln.
Der Ereignis-relevante Verbraucher kann ausgebildet sein, eine Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem ersten Teilnetz gekoppelt ist. Des Weiteren kann der Ereignis-relevante Verbraucher ausgebildet sein, nur eine (gegenüber der Gesamtmenge reduzierte) Teilmenge der Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist. Alternativ oder ergänzend kann der Ereignis-relevante Verbraucher derart ausgebildet sein, dass der Ereignis-relevante Verbraucher einen geringeren elektrischen Energieverbrauch und/oder einen geringeren elektrischen Leistungsbedarf aufweist, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist, als wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem ersten Teilnetz gekoppelt ist.
Das Bordnetz umfasst ferner ein Wechsel-Schaltelement (z.B. ein Wechsel-Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement), das ausgebildet ist, den Ereignis relevanten Verbraucher an dem Trenn-Schaltelement vorbei und/oder ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements selektiv (entweder direkt) mit dem ersten Teilnetz oder (direkt) mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln. Das Wechsel- Schaltelement kann dabei parallel zu dem Trenn-Schaltelement angeordnet sein. Das Wechsel-Schaltelement kann ausgebildet sein, den Ereignis-relevanten Verbraucher selektiv (entweder) mit einem ersten Knotenpunkt des Trenn- Schaltelements (elektrisch leitend) zu koppeln, der dem ersten Teilnetz zugewandt ist, oder mit einem zweiten Knotenpunkt des Trenn-Schaltelement (elektrisch leitend) zu koppeln, der dem zweiten Teilnetz zugewandt ist. Das Trenn- Schaltelement kann ausgebildet sein, den ersten Knotenpunkt und den zweiten Knotenpunkt (galvanisch) miteinander zu koppeln (wenn das Trenn- Schaltelement geschlossen ist) oder (galvanisch) voneinander zu trennen (wenn das Trenn-Schaltelement geöffnet ist). Das Wechsel-Schaltelement kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach IS026262 ausgelegt sein.
Es wird somit ein Bordnetz beschrieben, das ausgebildet ist, zumindest einen Ereignis-relevanten Verbraucher an dem Trenn-Schaltelement vorbei entweder mit dem ersten Teilnetz zu koppeln (um einen Normalbetrieb des Ereignis relevanten Verbrauchers mit einem relativ hohen Energieverbrauch zu ermöglichen) oder mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln (um bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht) ein oder mehrere Ereignis-relevante Teilfunktionen des Ereignis relevanten Verbrauchers bereitzustellen). So kann ein Ereignis-relevanter Verbraucher mit relativ niedrigen Integritätsanforderungen (insbesondere mit einer Beschränkung auf QM-Anforderungen) in effizienter Weise innerhalb des Bordnetzes betrieben werden.
Das Bordnetz kann derart ausgebildet sein, dass das Wechsel-Schaltelement, im Normalbetrieb und/oder wenn das Trenn-Schaltelement das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) verbindet, den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (direkt, elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz verbindet. Alternativ oder ergänzend kann das Bordnetz derart ausgebildet sein, dass das Wechsel-Schaltelement, bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht) und/oder wenn das Trenn-Schaltelement das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz trennt, den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (direkt, elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz verbindet. So kann ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden, insbesondere da das Trenn-Schaltelement ohne Berücksichtigung des Strom- und/oder Leistungsbedarfs des Ereignis-relevanten Verbrauchers ausgelegt werden kann.
Das Bordnetz kann eine Steuereinheit umfassen, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Trenn-Schaltelements das Wechsel- Schaltelement selektiv, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, mit dem ersten Teilnetz oder mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das Wechsel-Schaltelement zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement geschlossen ist und somit das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) gekoppelt ist, und/oder das Wechsel-Schaltelement zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement geöffnet ist und somit das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz entkoppelt ist. So kann in besonders zuverlässiger Weise ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden.
Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, zu bestimmen, dass ein Öffnungs- Ereignis vorliegt (insbesondere ein Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht). Beispielhafte Öffnungs-Ereignisse (die nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruhen) sind ein Einfall des Fahrzeugs oder ein Parkzustand des Fahrzeugs (in dem das Fahrzeug geparkt ist). Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, in Reaktion auf das erkannte Öffnungs-Ereignis (insbesondere in Reaktion auf das erkannte Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht), zu veranlassen, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz entkoppelt wird, und/oder zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch) von dem ersten Teilnetz entkoppelt und (galvanisch) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
Andererseits kann die Steuereinheit eingerichtet sein, wenn kein Öffnungs- Ereignis erkannt wird und/oder vorliegt, zu veranlassen, dass das Trenn- Schaltelement geschlossen ist, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teil netz gekoppelt ist, und/oder zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere direkt, ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz koppelt und insbesondere nur indirekt über das Trenn-Schaltelement (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob das Trenn- Schaltelement aufgrund eines Fehlers bzw. aufgrund einer Fehlfunktion, insbesondere aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz geöffnet wurde und/oder ob das Trenn-Schaltelement aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs (und somit nicht aufgrund einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz) geöffnet wurde. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das Wechsel-Schaltelement, insbesondere nur dann, zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln, wenn bestimmt wird bzw. bestimmt wurde, dass das Trenn- Schaltelement nicht aufgrund eines Fehlers, insbesondere nicht aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz geöffnet wurde; und/oder wenn bestimmt wurde, dass das Trenn-Schaltelement aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs geöffnet wurde.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu bestimmen, ob ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht, oder ob ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht. In beiden Fällen kann das Trenn- Schaltelement geöffnet werden. Andererseits kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu veranlassen, insbesondere nur dann zu veranlassen, dass das Wechsel- Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher von dem ersten Teilnetz entkoppelt und mit dem zweiten Teilnetz koppelt, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, zu veranlassen, dass das Wechsel- Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher weiterhin mit dem ersten Teilnetz koppelt und nicht mit dem zweiten Teilnetz koppelt, wenn ein Öffnungs- Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht.
So kann in besonders zuverlässiger Weise ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden.
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 Steuereinheit und/oder das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes beschrieben. Das Bordnetz kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, dass ein Öffnungs- Ereignis vorliegt. Des Weiteren umfasst das Verfahren, in Reaktion auf das Bestimmen, das Bewirken, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz zu entkoppeln, und das Bewirken, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
Das Verfahren kann ferner umfassen, das Bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz, insbesondere auf einer Spannung in dem ersten Teilnetz, die unterhalb von einem Spannungs- Schwellenwert liegt, und/oder auf einem Strom in dem ersten Teilnetz, der oberhalb von einem Strom-Schwellenwert liegt, beruht. In Reaktion darauf kann bewirkt werden, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um das erste Teilnetz von dem zweiten Teilnetz zu entkoppeln, und es kann bewirkt werden, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher weiterhin mit dem ersten Teilnetz koppelt.
Durch die Unterscheidung von einem Öffnungs-Ereignis, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht, und einem Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht und/oder das auf einem definierten (kontrollierten) Betriebszustand des Fahrzeugs beruht, kann die Zuverlässigkeit des Betriebs des Bordnetzes weiter erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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 la ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit mehreren Teilnetzen;
Figur lb das Bordnetz aus Fig. la mit einem Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher;
Figur 2 ein elektrisches Bordnetz mit einem Wechsel-Schaltelement; und Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem effizienten Betrieb von unterschiedlichen elektrischen Verbrauchern eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 100 zur Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs. Das Bordnetz 100 ist ausgebildet, elektrische Verbraucher 112, 122 mit unterschiedlichen Sicherheits- und/oder Integritätsanforderungen mit elektrischer Energie zu versorgen. Beispielhafte Verbraucher 112, 122 sind,
• ein sicherheitsrelevanter Verbraucher 122, der z.B. bestimmte Integritätsanforderungen, insbesondere einen bestimmten ASIL Level, erfüllen muss bzw. erfüllt; und
• ein nicht-sicherheitsrelevanter Verbraucher 112, der keine besonderen Integritätsanforderungen erfüllen muss, und/oder der z.B. nur gemäß QM ausgelegt werden muss bzw. ausgelegt ist.
Um zu vermeiden, dass der Betrieb eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers 122 durch einen Fehler eines nicht-sicherheitsrelevanten Verbrauchers 112 beeinträchtigt wird, kann das elektrische Bordnetz 100 mehrere Teilnetze 110,
120 für Verbraucher 112, 122 mit unterschiedlichen Sicherheits- und/oder Integritätsanforderungen aufweisen. Insbesondere kann das Bordnetz 100 ein erstes Teilnetz 110 für ein oder mehrere nicht-sicherheitsrelevante (erste) Verbraucher 112 und ein zweites Teilnetz 120 für ein oder mehrere sicherheitsrelevante (zweite) Verbraucher 122 aufweisen.
Jeder der Teilnetze 110, 120 kann eine eigene Energiequelle 111, 121 (z.B. einen elektrochemischen Energiespeicher und/oder einen Spannungswandler) aufweisen, die ausgebildet ist, elektrische Energie in dem jeweiligen Teilnetz 110, 120 bereitzustellen. Insbesondere kann das erste Teilnetz 110 eine erste Energiequelle 111 (z.B. einen Spannungswandler, der eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem weiteren Bordnetz des Fahrzeugs bereitzustellen) und das zweite Teilnetz 120 kann eine zweite Energiequelle 121 (z.B. einen Energiespeicher) umfassen. Die erste Energiequelle 111 kann dabei ausgebildet sein, eine höhere Menge an elektrischer Energie und/oder eine höhere elektrische Leistung bereitzustellen als die zweite Energiequelle 121.
Die beiden Teilnetze 110, 120 können über ein Trennelement bzw. ein Trenn- Schaltelement 101, z.B. über ein Relais und/oder über ein halbleiterbasiertes Schaltelement, elektrisch leitend miteinander verbunden sein. So kann es im Normalbetrieb des Bordnetzes 100 ermöglicht werden, dass die zweite Energiequelle 121 über das erste Teilnetz 110 geladen wird, und/oder dass die ein oder mehreren Verbraucher 122 des zweiten Teilnetzes 120 aus dem ersten Teilnetz 110 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Andererseits kann bei Vorliegen eines bestimmten Ereignisses (z.B. bei Vorliegen eines Unfalls) z.B. durch eine Steuereinheit 150 bewirkt werden, dass das Trennelement 101 geöffnet wird, um eine Auswirkung des ersten Teilnetzes 110 auf die ein oder mehreren sicherheitsrelevanten (zweiten) Verbraucher 122 des zweiten Teilnetzes 120 zu vermeiden.
Das Bordnetz 100 kann somit ausgebildet sein, für sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise für eine Lenkung, eine Bremse, ein Licht und/oder einen Wischer, eine sichere elektrische Energieversorgung bereitzustellen, sodass auch nach einem Fehlereintritt (etwa nach einem Fehler in der Energieversorgung) den ein oder mehreren sicherheitsrelevanten Verbrauchern 122 weiter elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird. Dies kann anhand einer Bordnetzarchitektur bewirkt werden, bei der über einen Trennschalter 101 ein zweites Teilbordnetz 120 mit einer Qualifizierung für funktionale Sicherheit von einem ersten Teilbordnetz 110 mit QM Qualifizierung separiert werden kann.
Jedes dieser Teilbordnetze 110, 120 weist typischerweise eine Stromverteilung über ein oder mehrere (ggf. elektronische) Stromverteiler auf, die die jeweils bereitgestellte Integrität (QM bzw. ASIL) weiter verzweigen und verteilen. Aus Kostengründen ist es typischerweise vorteilhaft, das nach ASIL qualifizierte zweite Teilbordnetz 120, das ein oder mehrere nach ASIL entwickelte Komponenten 121aufweist, elektrisch mit einer Batterie 122 zu verbinden, sodass der Erzeuger 111 im ersten Teilnetz 110 (z.B. ein Wandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem 48V oder HV (Hochvolt) Bordnetz) nur in QM entwickelt werden muss und das QM qualifizierte erste Teilnetz 110 mit ein oder mehreren QM entwickelten Komponenten 112 mit elektrischer Energie versorgt.
Über das (geschlossene) Trennelement 101 fließen im Normalbetrieb typischerweise Ausgleichsströme zur Versorgung der ein oder mehreren Verbraucher 122 im zweiten Teilnetz 120. Ggf. können zum Laden der Batterie 121 in dem zweiten Teilnetz 120 und/oder für einen Kurzzeitbedarf relativ große Ströme über das Trennelement 101 fließen.
Ein Fahrzeug kann ein oder mehrere elektrische Verbraucher aufweisen, die keine Anforderung an eine sichere Energieversorgung aufweisen, die jedoch von der Energiequelle 121 des zweiten Teilnetzes 120 versorgt werden müssen, um auch bei geöffnetem Trennschalter 101 (z.B. im Stand oder nach einem Unfall) ihre jeweilige Funktion (zumindest teilweise) ausführen zu können. Ein Beispiel für einen solchen Verbraucher ist ein Türsteuergerät, das auch nach einem Unfall in der Lage sein sollte bzw. muss, eine Tür des Fahrzeugs zu entriegeln.
In diesem Dokument wird ein Verbraucher, der keine besonderen Sicherheit- und/oder Integritätsanforderungen an die Energieversorgung aufweist (der z.B. nur QM Anforderungen erfüllen muss), der aber auch nach einem Öffnungs- Ereignis, bei dem das Trennelement 101 geöffnet wurde, innerhalb des zweiten Teilnetzes 120 mit elektrischer Energie versorgt werden sollte bzw. muss, als Ereignis-relevanter Verbraucher bezeichnet.
Fig. lb zeigt ein Bordnetz 100 mit einem beispielhaften Ereignis-relevanten Verbraucher 132, der über ein zweites Trennelement 131 an das zweite Teilnetz 120 angebunden ist. Das zweite Trennelement 131 erfüllt die Sicherheits und/oder Integritätsanforderungen (z.B. einen bestimmten ASIL Level) des zweiten Teilnetzes 120. So wird es ermöglicht, einen QM- Verbraucher 132 in sicherer Weise in das zweite Teilnetz 120 anzubinden. Die in Fig. lb dargestellte Architektur führt jedoch dazu, dass im Normalbetrieb die elektrische Leistung für den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 über das erste Trennelement 101 geführt wird, sodass das erste Trennelement 101 entsprechend leistungsfähig ausgebildet werden muss. Dies kann insbesondere dann mit einem relativ hohen Aufwand verbunden sein, wenn der Ereignis relevante Verbraucher 132 neben einer Teilfunktion, die im Fall eines Öffnungs- Ereignisses verfügbar sein sollte (wie z.B. das Entriegeln einer Tür), noch eine weitere Teilfunktion aufweist, die nicht für das Öffnungs-Ereignis relevant ist und die einen relativ hohen Leistungsbedarf aufweist (wie z.B. eine Heizfunktion für eine Armauflage an einer Tür). Das erste Trennelement 101 muss dann für den Leistungsbedarf aller Teilfunktionen des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 ausgelegt werden.
Fig. 2 zeigt ein Bordnetz 100 mit einem Ereignis-relevanten Verbraucher 132, der über ein Wechselelement (insbesondere über ein Wechsel-Schaltelement) 201 wahlweise an das erste Teilnetz 110 oder an das zweite Teilnetz 120 angebunden werden kann. Das Wechsel elem ent 201 ist dabei parallel zu dem (ersten) Trennelement 101 angeordnet, so dass die elektrische Energie zur Versorgung des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 nicht über das (erste) Trennelement 101 geführt werden muss.
Die Steuereinheit 150 des Bordnetzes 100 kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass der Ereignis-relevante Verbraucher 132 im Normalbetrieb über das Wechsel elem ent 201 mit dem ersten Teilnetz 110 verbunden wird, sodass die elektrische Energie für den Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 (ggf. ausschließlich und/oder direkt) aus dem ersten Teilnetz 110 bezogen wird.
Des Weiteren kann die Steuereinheit 150 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein erkanntes Öffnungs-Ereignis, bei dem das Trennelement 101 geöffnet wird, um das zweite Teilnetz 120 von dem ersten Teilnetz 110 zu entkoppeln, das Wechsel elem ent 201 zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 mit dem zweiten Teilnetz 120 zu koppeln (und somit von dem ersten Teilnetz 110 zu entkoppeln). So kann in effizienter Weise bewirkt werden, dass der Ereignis relevante Verbraucher 132 bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (wie z.B. nach einem Unfall) sicher (ggf. ausschließlich und/oder direkt) mit elektrischer Energie aus dem zweiten Teilnetz 120 versorgt wird, um die Ereignis-relevante Teilfunktion des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 bereitzustellen.
Es wird somit ein Bordnetz 100 beschrieben, bei dem ein oder mehrere Komponenten 132, die keine Sicherheitsanforderungen an das Energiebordnetz stellen (z.B. die nur gemäß QM ausgelegt sind), aber dennoch in ein oder mehreren Zuständen bei geöffnetem Trennelement 101 von der Batterieseite und/oder aus dem zweiten Teilnetz 120 versorgt werden müssen, über ein Wechselrelais 201 (allgemein über ein Wechselelement) bedarfsgesteuert und dynamisch der Wandlerseite bzw. dem ersten Teilnetz 110 oder der Batterieseite bzw. dem zweiten Teilnetz 120 zugeordnet werden.
Somit ist es möglich, die ein oder mehreren, über das Wechsel element 201 versorgten, Komponenten 132 im Normalfall (z.B., wenn das Fahrzeug aktiv ist, etwa während des Zustands „Wohnen“ oder „Fahren“) im ersten Teilnetz 110 über den Erzeuger 111 (z.B. über einen Gleichspannungswandler oder über einen Generator) zu versorgen und nur im Bedarfsfall (z.B. während des Zustands „Parken“ oder „Crash“) über das Wechselelement 201 dem zweiten Teilnetz 120 mit der Quelle 121 zuzuweisen. Die ein oder mehreren Ereignis-relevanten Komponenten 132 weisen für diese Sonderfälle (Parken, Crash) typischerweise einen geringeren Strombedarf auf als in einem Normalfall. Die in Fig. 2 dargestellte Bordnetzarchitektur ermöglicht es, das Trennelement 101 relativ klein und somit kosten- und bauraumeffizient zu dimensionieren.
Wie bereits oben dargelegt, ist ein Türsteuergeräte (z.B. für die Türen vorne und hinten rechts) ein Beispiel für einen Ereignis-relevanten Verbraucher 132. Das Türsteuergerät kann eine relativ hohe maximale Stromaufnahme aufweisen, z.B. da über das Türsteuergerät auch Armauflagenheizungen in den Türen versorgt werden (z.B. mit jeweils 15A). Da es sich bei einer Heizung um einen Dauerverbraucher handelt, müsste das Trennelement 101 ohne Verwendung eines Wechsel Schalters 201 entsprechend groß und/oder leistungsfähig ausgelegt werden, weil diese Dauerströme über das Trennelement 101 geführt werden müssten (wie in Fig. lb dargestellt).
Das Türsteuergerät ist typischerweise eine postcrashrelevante Komponente und muss daher auf der Batterieseite (d.h. in dem zweiten Teilnetz 120) verortet werden, um nach einem Crash die Funktion „Tür entriegeln“ ausführen zu können. Die Funktion der Armauflagenheizung ist hingegen nach einem Crash nicht mehr erforderlich. Bei Einsatz des Wechsel Schalters 201 ist es möglich, die hohen Dauerströme direkt im wandlerseitigen ersten Teilbordnetz 110 zu belassen und nicht über den Haupttrennschalter 101 zu führen.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften (ggf. Computer implementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes 100. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuereinheit 150 des Bordnetzes 100 und/oder eines Fahrzeugs ausgeführt werden. Das Bordnetz 100 umfasst ein erstes Teilnetz 110 mit einer ersten Energiequelle 111 und/oder mit ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern 112. Das erste Teilnetz 110 kann z.B. nur gemäß QM und/oder nicht gemäß einem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner ein zweites Teilnetz 120 mit einer zweiten Energiequelle 121 (z.B. einem Energiespeicher) und/oder mit ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern 122. Das zweite Teilnetz 120 kann z.B. gemäß einem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein. Des Weiteren umfasst das Bordnetz 100 ein Trenn-Schaltelement 101, das ausgebildet ist, das erste Teilnetz 110 von dem zweiten Teilnetz 120 zu trennen. Das Trenn-Schaltelement 101 kann gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein. Außerdem umfasst das Bordnetz 100 zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher 132 (der z.B. nur gemäß QM und/oder nicht gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt ist), sowie ein Wechsel-Schaltelement 201, das ausgebildet ist, den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 an dem Trenn- Schaltelement 101 vorbei und/oder ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements 101 selektiv mit dem ersten Teilnetz 110 oder mit dem zweiten Teilnetz 120 zu koppeln. Das Wechsel-Schaltelement 201 kann gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein.
Das Verfahren 300 umfasst das Bestimmen 301, dass ein Öffnungs-Ereignis (z.B. ein Unfall oder ein Parkzustand des Fahrzeugs) vorliegt. Das Öffnungs-Ereignis kann z.B. auf Basis eines Signals auf einem Daten-BUS des Fahrzeugs erkannt werden.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 in Reaktion auf das Bestimmen 301, das Bewirken 302, dass das Trenn-Schaltelement 101 geöffnet wird, um das erste Teilnetz 110 (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz 120 zu entkoppeln, sowie das Bewirken 303, dass das Wechsel-Schaltelement 201 den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 mit dem zweiten Teilnetz 120 koppelt. So kann ein kosten- und bauraumeffizientes Bordnetz 100 bereitgestellt und betrieben werden.
Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens 300 bestimmt werden (Schritt 301), dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einem Fehler (z.B. auf einer Unterspannung, auf einer Überlast und/oder auf einem Kurzschluss) in dem ersten Teilnetz 110 beruht. Das Umhängen des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 von dem ersten Teilnetz 110 in das zweite Teilnetz 120 durch das Wechsel- Schaltelement 201 (Schritt 303) kann ggf. nur dann erfolgen, wenn ein Öffnungs- Ereignis vorliegt, dass nicht auf einem Fehler in dem ersten Teilnetz 110 beruht. Das Umhängen kann ggf. nur in einem fehlerfreien Betrieb des Bordnetzes 100, insbesondere des ersten Teilnetzes 110, erfolgen. So kann in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass der Ereignis-relevante Verbraucher 132, der ggf. die Fehlerursache für den Fehler in dem ersten Teilnetz 110 ist, einen Fehler in dem zweiten Teilnetz 120 bewirkt. Es kann somit in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass die Integrität des zweiten Teilnetzes 120 durch den Ereignis relevanten Verbraucher 132 beeinträchtigt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Elektrisches Bordnetz (100) für ein Fahrzeug; wobei das Bordnetz (100) umfasst, - ein erstes Teilnetz (110) mit einer ersten Energiequelle (111) und ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern (112);
- ein zweites Teilnetz (120) mit einer zweiten Energiequelle (121) und ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern (122);
- ein Trenn-Schaltelement (101), das ausgebildet ist, das erste Teilnetz (HO) von dem zweiten Teilnetz (120) zu trennen;
- zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher (132); und
- ein Wechsel-Schaltelement (201), das ausgebildet ist, den Ereignis relevanten Verbraucher (132) an dem Trenn-Schaltelement (101) vorbei selektiv mit dem ersten Teilnetz (110) oder mit dem zweiten
Teilnetz (120) zu koppeln.
2) Bordnetz (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Bordnetz (100) derart ausgebildet ist, dass - das Wechsel-Schaltelement (201), in einem Normalbetrieb und/oder wenn das Trenn-Schaltelement (101) das erste Teilnetz (110) mit dem zweiten Teilnetz (120) verbindet, den Ereignis-relevanten Verbraucher (132), insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements (101), mit dem ersten Teilnetz (110) verbindet; und - das Wechsel-Schaltelement (201), bei Vorliegen eines Öffnungs-
Ereignisses und/oder wenn das Trenn-Schaltelement (101) das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) trennt, den Ereignis relevanten Verbraucher (132), insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements (101), mit dem zweiten Teilnetz (120) verbindet. 3) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz (100) eine Steuereinheit (150) umfasst, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Trenn-Schaltelements (101) das Wechsel-Schaltelement (201) selektiv, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements (101), mit dem ersten Teilnetz (110) oder mit dem zweiten Teilnetz (120) zu koppeln.
4) Bordnetz (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (150) eingerichtet ist,
- das Wechsel-Schaltelement (201) zu veranlassen, den Ereignis relevanten Verbraucher (132) mit dem ersten Teilnetz (110) zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement (101) geschlossen ist und somit das erste Teilnetz (110) mit dem zweiten Teilnetz (120) gekoppelt ist; und/oder
- das Wechsel-Schaltelement (201) zu veranlassen, den Ereignis relevanten Verbraucher (132) mit dem zweiten Teilnetz (120) zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement (101) geöffnet ist und somit das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) entkoppelt ist.
5) Bordnetz (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (150) eingerichtet ist,
- zu bestimmen,
- ob das Trenn-Schaltelement (101) aufgrund eines Fehlers, insbesondere aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz (110) geöffnet wurde; und/oder
- ob das Trenn-Schaltelement (101) aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs geöffnet wurde; und - das Wechsel-Schaltelement (201), insbesondere nur dann, zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) mit dem zweiten Teilnetz (120) zu koppeln, wenn bestimmt wird, dass
- das Trenn-Schaltelement (101) nicht aufgrund eines Fehlers, insbesondere nicht aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz (110) geöffnet wurde; und/oder
- das Trenn-Schaltelement (101) aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs geöffnet wurde.
6) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz (100) eine Steuereinheit (150) umfasst, die ausgebildet ist,
- zu bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt; und
- in Reaktion darauf,
-zu veranlassen, dass das Trenn-Schaltelement (101) geöffnet wird, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) entkoppelt wird; und
-zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) von dem ersten Teilnetz (110) entkoppelt und mit dem zweiten Teilnetz (120) koppelt.
7) Bordnetz (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (150) eingerichtet ist,
- zu bestimmen, ob ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110) beruht; und
- zu veranlassen, insbesondere nur dann zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) von dem ersten Teilnetz (110) entkoppelt und mit dem zweiten Teilnetz (120) koppelt, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110) beruht; und/oder - zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis relevanten Verbraucher (132) weiterhin mit dem ersten Teilnetz (110) koppelt und nicht mit dem zweiten Teilnetz (120) koppelt, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110) beruht.
8) Bordnetz (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das Öffnungs- Ereignis, insbesondere das Öffnungs-Ereignis ohne Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110), umfasst,
- einen Unfall des Fahrzeugs; und/oder
- einen Parkzustand des Fahrzeugs.
9) Bordnetz (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Steuereinheit (150) eingerichtet ist, wenn kein Öffnungs-Ereignis erkannt wird und/oder vorliegt,
- zu veranlassen, dass das Trenn-Schaltelement (101) geschlossen ist, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (110) mit dem zweiten Teilnetz (120) gekoppelt ist; und
- zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis relevanten Verbraucher (132), insbesondere direkt, ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements (101), mit dem ersten Teilnetz (110) koppelt und insbesondere nur indirekt über das Trenn-Schaltelement (101) mit dem zweiten Teilnetz (120) koppelt.
10) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das zweite Teilnetz (120) gemäß einem ASIL Level nach ISÖ26262 ausgelegt ist; und/oder
- das erste Teilnetz (110) gemäß M nach ISÖ26262 und/oder nicht gemäß einem ASIL Level ausgelegt ist; und/oder - das Trenn-Schaltelement (101) und/oder das Wechsel-Schaltelement (201) gemäß einem ASIL Level nach IS026262 ausgelegt sind; und/oder
- der Ereignis-relevante Verbraucher (132) gemäß QM nach IS026262 und/oder nicht gemäß einem ASIL Level ausgelegt ist.
11) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Trenn-Schaltelement (101) ein Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement umfasst; und/oder
- das Wechsel-Schaltelement (201) ein Wechsel-Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement umfasst.
12) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Ereignis-relevante Verbraucher (132) ausgebildet ist, eine Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis relevante Verbraucher (132) mit dem ersten Teilnetz (110) gekoppelt ist, und nur eine Teilmenge der Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher (132) mit dem zweiten Teilnetz (120) gekoppelt ist; und/oder
- der Ereignis-relevante Verbraucher (132) derart ausgebildet ist, dass der Ereignis-relevante Verbraucher (132) einen geringeren elektrischen Energieverbrauch und/oder Leistungsbedarf aufweist, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher (132) mit dem zweiten Teilnetz (120) gekoppelt ist, als wenn der Ereignis-relevante Verbraucher (132) mit dem ersten Teilnetz (110) gekoppelt ist.
13) Bordnetz (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Bordnetz (100) eine Nennspannung im Niedervolt-Bereich bei 60V oder weniger, insbesondere bei 12V oder 48V, aufweist; und/oder
- die erste Energiequelle (111) einen Gleichspannungswandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem anderen Bordnetz mit einer anderen Netzspannung und/oder einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie umfasst; und/oder
- die zweite Energiequelle (121) einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, umfasst.
14) Verfahren (300) zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes (100), das umfasst,
- ein erstes Teilnetz (110) mit einer ersten Energiequelle (111) und ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern (112);
- ein zweites Teilnetz (120) mit einer zweiten Energiequelle (121) und ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern (122);
- ein Trenn-Schaltelement (101), das ausgebildet ist, das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) zu trennen;
- zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher (132); und
- ein Wechsel-Schaltelement (201), das ausgebildet ist, den Ereignis relevanten Verbraucher (132) an dem Trenn-Schaltelement (101) vorbei selektiv mit dem ersten Teilnetz (110) oder mit dem zweiten Teilnetz (120) zu koppeln; und wobei das Verfahren (300) umfasst,
- Bestimmen (301), dass ein Öffnungs-Ereignis, insbesondere ein Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110) beruht, vorliegt;
- in Reaktion auf das Bestimmen (301), Bewirken (302), dass das Trenn- Schaltelement (101) geöffnet wird, um das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) zu entkoppeln; und
- in Reaktion auf das Bestimmen (301), Bewirken (303), dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) mit dem zweiten Teilnetz (120) koppelt.
15) Verfahren (300) gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren (300) umfasst, - Bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz (110), insbesondere auf einer Spannung in dem ersten Teilnetz (110), die unterhalb von einem Spannungs-Schwellenwert liegt, und/oder auf einem Strom in dem ersten Teilnetz (110), der oberhalb von einem Strom-Schwellenwert liegt, beruht; und
- in Reaktion darauf, Bewirken, dass das Trenn-Schaltelement (101) geöffnet wird, um das erste Teilnetz (110) von dem zweiten Teilnetz (120) zu entkoppeln, und Bewirken, dass das Wechsel-Schaltelement (201) den Ereignis-relevanten Verbraucher (132) weiterhin mit dem ersten Teilnetz (110) koppelt.
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