WO2023001968A1 - Bordnetz und verfahren zu seinem betrieb - Google Patents

Bordnetz und verfahren zu seinem betrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2023001968A1
WO2023001968A1 PCT/EP2022/070496 EP2022070496W WO2023001968A1 WO 2023001968 A1 WO2023001968 A1 WO 2023001968A1 EP 2022070496 W EP2022070496 W EP 2022070496W WO 2023001968 A1 WO2023001968 A1 WO 2023001968A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
safety
battery
supply connection
electrical system
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/070496
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten GROH
Martin Schneider
Tihomir Tomanic
Original Assignee
Audi Ag
Dr.Ing.H.C.F. Porsche Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Ag, Dr.Ing.H.C.F. Porsche Ag filed Critical Audi Ag
Priority to CN202280051350.3A priority Critical patent/CN117715801A/zh
Publication of WO2023001968A1 publication Critical patent/WO2023001968A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries

Definitions

  • the invention relates to an on-board electrical system for a motor vehicle, with a vehicle battery having at least two battery parts and at least one conventional supply connection electrically coupled to the vehicle battery in such a way that the vehicle battery provides electrical energy from more than one of the at least two battery parts at at least one conventional supply connection.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an on-board electrical system.
  • the invention also relates to a method for operating an on-board electrical system for a motor vehicle, in which electrical energy from a vehicle battery of the on-board electrical system, which has at least two partial batteries, is supplied to a conventional supply connection of the on-board electrical system that is electrically coupled to the vehicle battery from more than one of the at least two partial batteries provided.
  • the vehicle electrical system is used to be able to distribute electrical energy between electrical devices connected to the vehicle electrical system at at least one supply connection.
  • the supply connection can be a local point of the vehicle electrical system, which can be arranged at a specific position in the motor vehicle.
  • the vehicle electrical system can also be distributed over the motor vehicle, so that the conventional supply connection is more than just a single connection point Connecting electrical devices may have.
  • the connection points can be distributed in the motor vehicle.
  • the vehicle electrical system has at least one vehicle battery, which is used to provide electrical energy.
  • providing electrical energy means not only supplying electrical energy to electrical devices in the on-board network or electrical devices connected to the on-board network, but also includes taking up electrical energy, for example when braking in an electrically driven motor vehicle as part of recuperation Kinetic energy is converted into electrical energy by means of a corresponding electrical device and fed to the vehicle electrical system.
  • supply means not only supplying electrical energy to electrical devices in the on-board network or electrical devices connected to the on-board network, but also includes taking up electrical energy, for example when braking in an electrically driven motor vehicle as part of recuperation Kinetic energy is converted into electrical energy by means of a corresponding electrical device and fed to the vehicle electrical system.
  • supply the term “supply”.
  • a vehicle electrical system of a generic type is disclosed, for example, in DE 10 2014 201 316, DE 10 2012 003 309 A1, which discloses an electrical energy system in a motor vehicle and a method for operating an energy system, and DE 10 2005 038 746 A1, which discloses a Method and a device for power supply in a motor vehicle disclosed.
  • the invention proposes vehicle electrical systems, a motor vehicle and methods according to the independent claims as a solution.
  • the invention according to a first aspect proposes in particular that the vehicle electrical system has a coupling device connected to the vehicle battery and at least one first and one second safety supply connection, the safety supply connections being connected to the coupling device, the coupling device being formed to electrically couple the at least one first and second safety supply connection to exactly one of the at least two partial batteries depending on a coupling state of the coupling device.
  • the vehicle electrical system has a coupling device connected to the vehicle battery and at least one first and one second safety supply connection, which are connected to the coupling device, the coupling device having a third connecting switching element and being designed to electrically couple the one first or second safety supply connection to one of the at least two partial batteries depending on a coupling state of the coupling device and to electrically couple the respective at least one other of the safety supply connections to the conventional supply connection via the third supply switching element depending on a switching state of the third supply switching element.
  • the invention proposes in particular that it have an on-board network according to the invention.
  • the invention according to the first aspect proposes in particular that at least a first and a second safety supply connection of the vehicle electrical system are supplied with electrical energy via a coupling device of the vehicle electrical system connected to the vehicle battery, the coupling device supplying the at least one first and second safety supply connection electrically coupled depending on a coupling state of the coupling device with exactly one of the at least two sub-batteries.
  • At least a first or a second safety supply connection of the vehicle electrical system be supplied with electrical energy via a coupling device of the vehicle electrical system connected to the vehicle battery, the coupling device supplying the first or the second safety supply connection depending on a coupling state of the coupling device with one of the at least two partial batteries and electrically couples the respective at least one other of the safety supply connections depending on a switching state of a third connection switching element of the coupling device via the third connection switching element with the conventional supply connection.
  • Partial batteries can be formed as part of the partitioning, each comprising at least one individual battery cell.
  • each of the partial batteries preferably comprises a plurality of battery cells, which can be connected in series and/or in parallel, depending on requirements and function.
  • the partial batteries can in terms of Battery cells and their wiring can be configured essentially the same. However, this is not mandatory.
  • the partial batteries can also have different numbers of battery cells. Basically, the same applies to the interconnection of the battery cells within the respective partial batteries.
  • the partial batteries can also be connected in parallel and/or in series within the vehicle battery. However, a series connection is preferably provided.
  • the vehicle battery is preferably designed to reversibly store electrical energy electrochemically. It can be a high-voltage battery, for example.
  • high-voltage means an electrical direct voltage that is greater than about 60V.
  • High voltage preferably corresponds to the ECE R 100 standard or the like.
  • the vehicle electrical system is preferably a DC voltage network to which the DC voltage is applied. However, the vehicle electrical system does not need to be supplied with a single DC voltage.
  • the vehicle electrical system can preferably be supplied with a high-voltage DC voltage on the one hand and with a low-voltage on-board voltage on the other.
  • the term low-voltage here means an electrical direct voltage that is lower than a high-voltage voltage.
  • the invention is not limited to at least one of the DC voltages being a high-voltage voltage. Provision can also be made for both DC voltages to be low-voltage or high-voltage.
  • the vehicle battery is electrically coupled to the conventional supply connection and makes electrical energy available to it from more than one of the at least two partial batteries.
  • An electrical voltage is preferably provided at the conventional supply connection, which voltage corresponds to the series connection of a plurality of the battery parts, preferably all of the battery parts.
  • the conventional supply connection is therefore preferably subjected to an electrical voltage that corresponds to the rated voltage of the vehicle battery.
  • the conventional supply connection is electrically coupled to the vehicle battery via a DC voltage converter.
  • the DC-DC converter or energy converter is preferably part of the coupling device. This makes it possible to set the electrical voltage at the conventional supply connection as required, deviating from the rated voltage of the vehicle battery.
  • the energy converter can be in the form of a unidirectional energy converter which only allows energy to flow from the vehicle battery to electrical devices connected to the conventional supply connection. However, it is preferably designed as a bidirectional energy converter, so that a reverse flow of energy from one or more of the electrical devices that are connected to the conventional supply connection to the vehicle battery is also made possible.
  • the vehicle battery is preferably a lithium-ion battery, ie a battery whose battery cells are based on a corresponding cell chemistry.
  • the invention is not limited to this.
  • Other cell chemistries can equally be used to practice the invention, such as lead-acid, nickel-cadmium, and/or the like.
  • the invention is based, among other things, on the further idea that individual electrical devices, in particular electrical consumers or complete energy supply networks, can be supplied with electrical energy from at least two redundantly provided energy sources. These energy sources can be realized by different battery parts of the vehicle battery. Reactions between the electrical devices or energy sources can be largely avoided by means of the vehicle electrical system designed according to the invention.
  • the coupling device connected to the vehicle battery and the at least two Safety supply connections provided.
  • Safety power connections are in turn connected to the switching device.
  • the coupling device is designed to electrically couple the at least one first and second safety supply connection to precisely one of the at least two partial batteries, depending on a coupling state of the coupling device.
  • each of the at least two safety supply connections is electrically coupled to another partial battery.
  • at least two of the at least two safety supply connections are electrically coupled to exactly the same sub-battery.
  • the safety supply connections are therefore provided in addition to the at least one conventional supply connection.
  • Electrical devices are preferably connected to the safety supply connections, the operation of which is essentially indispensable for the intended driving operation in the motor vehicle, for example an electrical braking device, an electrical steering device and/or the like.
  • the electrical coupling can be achieved in a predeterminable manner by means of the coupling device.
  • the coupling device can have one or more switching elements that can be switched in a suitable manner in order to implement the desired functionality. For example, it can be provided that the electrical coupling with exactly one sub-battery takes place via a respective switching element in order to ensure the energy supply of the electrical devices.
  • the switching elements make it possible to ensure that a fault in a partial battery does not have to affect the other coupled energy sources and thus in particular does not have to affect the entire energy supply of the electrical devices, in particular not the electrical devices that are connected to the safety supply connections.
  • Appropriate switching measures can in fact at least two safety supply connections are decoupled from each other in terms of energy supply. This makes it possible to improve the reliability and safety, in particular of electrical devices that are necessary for the safety of the intended operation of the motor vehicle.
  • the same also applies to the safety supply connections to which safety-relevant electrical devices can be connected.
  • safety-relevant electrical devices Preferably, only electrical devices that meet certain electrical safety requirements according to the standard mentioned at the outset are connected to these connections.
  • electrical devices of this type should be suitable, for example, for largely avoiding a reaction caused by a fault occurring in the electrical device on the safety supply connection to which it is connected.
  • mechanical safety elements such as fuses are unsuitable for this in many cases due to their sluggish switching behavior. Fuses are usually used as line protection and therefore cannot usually implement the functionality required here.
  • Electronic security elements in particular are therefore used as the security element, which can also have a switching element, for example.
  • a safety element can also be saved if, for example, it can be prevented structurally for a respective electrical device that a short circuit can occur in the area of its power supply. This can be achieved, for example, by a series connection of capacitors instead of a single capacitor, which is connected between the electrical potentials of the supply voltage, so that a short circuit in this capacitor does not result in a short circuit of the supply voltage.
  • a safety element can be triggered in the event of a fault occurring in the safety supply connections.
  • other relevant electrical properties may be provided for safety reasons.
  • the coupling device can be used to deactivate it in such a way that the other of the braking systems can continue to operate as intended.
  • Corresponding switching elements are provided for this purpose, with which it is possible to deactivate the respective safety supply connection in the event of a corresponding fault, depending on its switching state.
  • the switching element can be formed by one or more semiconductor switching elements.
  • the switching element can also have at least one electromechanical switching element, for example a relay, a contactor and/or the like.
  • the semiconductor switching element can also be formed by an electromechanical switching element or any other suitable switching element.
  • the switching element can be designed in particular as a semiconductor switching element, for example by a transistor, in particular a field effect transistor, preferably a metal oxide field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but also by gate turn -Off-thyristor (GTO) and / or the like or any other type of switching elements may be formed. These switching elements are preferably integrated into the coupling device.
  • a transistor in particular a field effect transistor, preferably a metal oxide field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but also by gate turn -Off-thyristor (GTO) and / or the like or any other type of switching elements may be formed.
  • MOSFET metal oxide field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • GTO gate turn -Off-thyristor
  • the semiconductor switching elements are operated in switching mode.
  • the switching operation means that in an on switching state, a very small electrical resistance is provided between the terminals of the transistor forming a contact gap, so that a high current flow is possible with a very small residual voltage.
  • the switching gap of the transistor has a high resistance, i.e. it provides a high electrical resistance, so that even with a high electrical voltage applied to the switching gap, there is essentially no or only a very small, in particular negligible, current flow. This differs from linear operation with transistors.
  • the switching elements are preferably connected to at least one control unit, which provides appropriate control signals for the switching elements, so that the switching elements assume the desired switching state.
  • the control unit is at least connected to the switching elements, in particular the semiconductor switching elements of the power distribution device connected.
  • the control unit is preferably designed to be at least partially integrated into the coupling device.
  • the coupling device in particular the control unit, can have a communication interface via which it is in communication with a higher-level controller, for example a vehicle controller.
  • the control unit is at least partially integrated into the coupling device because the switching processes should take place very quickly, for example faster than about 500 ps, preferably faster than about 100 ps, for example in the event of a hard short circuit.
  • the communication interface can be wired and/or wireless, for example.
  • a wireless communication connection can be based on radio, in particular local radio, for example.
  • Each of the switching elements preferably has its own communication interface, by means of which it is in communication with the control unit.
  • the device-side communication interface can be connected to a respective integrated part of a switching element controller, which in turn is connected at least to the semiconductor switching elements in order to control them in a definable manner with regard to their switching state.
  • activation or deactivation of the respective supply path can be controlled by means of the control unit.
  • the control unit itself can be provided as a separate structural unit. However, it is preferably a component of the coupling device and particularly preferably arranged integrated into it.
  • the invention therefore makes it possible to enable at least partial operation of the vehicle electrical system in the event of a wide variety of types of faults, so that safety-relevant systems in particular can continue to be operated reliably.
  • the invention also makes it possible to achieve the safety requirements according to the standards specified at the outset. This is supported by the fact that, according to the invention, at least two Safety supply connections are provided. Irrespective of this, one or more conventional supply connections can of course be provided, with particular attention being paid to the reliable functionality of the safety supply connections with regard to the coupling device.
  • the coupling device can have one or more corresponding switching elements for the realization of one or more specific coupling states that can be assumed.
  • the coupling device can also have electrical lines, power distribution devices and/or the like in order to be able to establish an electrical connection to the electrical devices that are or can be connected to the respective connections of the coupling device.
  • the coupling device can also be connected to the at least one conventional supply connection.
  • the coupling device has one or more electrical energy converters in order to be able to carry out a voltage adjustment, for example, if required.
  • the energy converter can be designed for unidirectional energy conversion, preferably for an energy flow from the vehicle battery or the respective partial battery to the respective safety supply connection.
  • the energy converter is also designed as a bidirectional energy converter, which allows energy to flow in both directions, ie also from an electrical device connected to a safety connection to the vehicle battery or the respective partial battery.
  • the invention makes it possible to provide a permanently safe electrical energy supply, especially for X-By-Wire systems, so that in particular the highest safety integrity according to ASIL D can be verifiably achieved.
  • Other requirements such as ECE R 79, ECE R 13 and others can also be implemented will.
  • the invention also makes it possible to use economies of scale, in particular with regard to HAF and X-By-Wire, in order to be able to save energy storage in the low-voltage range, for example.
  • the invention thus makes it possible to be able to supply electrical devices connected to the safety supply connections with electrical energy in a particularly reliable and safe manner, even in unfavorable operating situations.
  • the vehicle electrical system has a first connecting switching element, which is electrically coupled to the first or the second safety supply connection on the one hand and to the at least one conventional supply connection on the other hand and is designed to switch the respective first or second safety supply connection depending on a switching state of the to electrically couple the first connection switching element to the conventional supply connection.
  • the first connection switching element can also ensure that the electrical coupling to the conventional supply connection can be interrupted if a fault occurs in the area of the conventional supply connection or the electrical devices connected to it, for example an electrical short circuit or the like.
  • a repercussion on the first or second safety supply connection and the electrical devices connected to it can be largely avoided.
  • the reliable operation of the electrical devices connected to the respective safety supply connection can be improved.
  • the decoupling device have a power distribution device which is electrically coupled to the at least two partial batteries and which provides the at least one first and second safety supply connection and the at least one conventional supply connection, with the power distribution device having a coupling unit for electrically coupling the connections and for each of the at least two partial batteries has a source switching element which is designed to electrically couple the respective partial battery to the coupling unit depending on a switching state, the power distribution device having a supply switching element for each of the at least two safety supply connections which is designed to connect the respective safety supply connection to the To couple coupling unit depending on a switching state electrically.
  • connections can be electrically coupled to one another by means of the coupling unit.
  • the desired functionality can be implemented by using the switching elements and correspondingly suitable switching. Provision can thus be made for the two energy sources which are connected to the respective power source connections to be able to be connected in parallel via the coupling unit when the source switching elements are switched on, in order to supply the electrical devices with energy.
  • the at least one source switching element can be used to ensure that a fault in one of the energy sources does not have to affect the entire energy supply of the electrical devices. If a fault occurs in one of the electrical energy sources, for example a short circuit or the like, switching the corresponding source switching element to the switched-off switching state can have an effect on the rest of the energy supply network are largely avoided. This makes it possible to improve the reliability and safety, in particular of electrical devices that are necessary for the safety of the intended operation of the motor vehicle.
  • Switching behavior are unsuitable for this in many cases.
  • Electronic security elements in particular are therefore used as the security element, which can also have a switching element, for example.
  • fuse elements can also be saved if, for example, it can be prevented structurally for each of the electrical devices that, for example, a short circuit in the area of its
  • the vehicle electrical system has a second connection switching element which is electrically coupled to the first and the second safety supply connection and is designed to electrically couple the first and the second safety supply connection depending on a switching state of the second connection switching element. This makes it possible, if required, to provide a power supply for both safety supply connections in parallel.
  • a supply connection battery is connected to at least one of the at least two safety supply connections.
  • the supply connection battery can provide additional security.
  • the supply connection battery can also be useful to be able to trigger a protective or safety function better or faster in the event of a fault occurring in one or more of the electrical devices connected to the respective safety supply connection, for example in the event of a short circuit in the area of the electrical device or the like.
  • the triggering of a safety element can be guaranteed or supported. Overall, the reliability and safety can be further improved.
  • the coupling device has at least one energy converter, which electrically couples at least one of the safety supply connections to the partial battery.
  • a rated voltage of the partial battery can be at least partially decoupled from an operating voltage of the respective safety supply connection.
  • the energy converter can be used to control an energy flow from the respective sub-battery to the respective safety supply connection or vice versa. This also makes it possible, at least in part, to be able to achieve balancing in relation to the partial batteries.
  • the coupling device has switching elements with which the safety supply connections are electrically coupled to one of the partial batteries of the vehicle battery as required in order to keep or control deviations in the charge states of the partial batteries as small as possible. That is, a backup power terminal need not be electrically coupled exclusively to a given sub-battery. Rather, this electrical coupling can be designed to be variable over time, for example in that a change in relation to the coupling to the respective battery part can take place at predeterminable times and/or states of charge of the battery parts.
  • the energy converter can be designed as a DC/DC converter. It can preferably be designed as a galvanically isolated energy converter.
  • the safety supply connections and/or the at least one conventional supply connection use a common electrical reference potential.
  • the energy converters have a galvanic isolation.
  • one of the energy converters can also be designed without galvanic isolation. This allows the reference potential to be looped through to the vehicle battery.
  • the energy converter is preferably with exactly one single part battery electrically coupled.
  • the energy converter is electrically coupled to two or more partial batteries.
  • the at least one energy converter be connected electrically separately to at least two partial batteries.
  • the energy converter itself can be supplied with electrical energy redundantly from two partial batteries that can be operated independently of one another, so that redundancy is provided with regard to the energy supply functionality of the energy converter.
  • Electrically separated preferably means that electrical coupling between electrical potentials of the partial batteries connected to the at least one energy converter is essentially avoided.
  • the partial batteries cannot be electrically coupled to one another in an undesired manner.
  • the energy converter can have, for example, a galvanic isolation for each partial battery connected to it.
  • the vehicle battery is preferably designed in such a way that the partial batteries can be operated at least partially independently of one another.
  • battery switching elements can be provided, for example, by means of which one of the partial batteries can be activated or deactivated for the intended operation.
  • the battery switching element can be a reversible switching element, for example an electromechanical switching element or an electronic switching element, as already explained above.
  • the battery switching element can also have an irreversible switching element in the form of a fuse element or the like, for example a pyro fuse, a fuse and/or the like.
  • the coupling device be connected to the vehicle battery without interruption.
  • This training takes into account that the vehicle battery, particularly if it is a high-voltage battery, can or should have one or more battery contactors in order to be able to protect the vehicle battery from dangerous operating states.
  • the battery contactors are switched to a switched-off switching state, with the result that the conventional supply connection can usually no longer be supplied with electrical energy.
  • the coupling device is therefore preferably connected directly to the vehicle battery or to the respective sub-battery in order to be able to maintain an electrical energy supply at least partially even when the battery contactors are in the switched-off switching state.
  • Uninterrupted therefore means in particular that the coupling device can remain electrically coupled to the respective partial batteries of the vehicle battery essentially independently of a respective switching state of the battery contactor or battery contactors.
  • the coupling device has appropriate protective mechanisms, for example by controlling a connected energy converter by the control unit in a corresponding manner, dispensable electrical devices on the safety supply connections are largely deactivated and/or the like .
  • a driving state of the motor vehicle can also be taken into account. If the motor vehicle is stopped, starting can be blocked and at the same time the safety supply connections can be at least partially deactivated.
  • a braking system or a steering system for example, does not necessarily have to continue to be supplied with electrical energy. The security and the reliability can be further improved in this way.
  • the advantages and effects specified for the vehicle electrical system of the first aspect also apply to the vehicle electrical system of the second aspect to the same extent, where applicable, and vice versa.
  • the advantages and effects specified for the vehicle electrical systems of the first and/or the second aspect also apply to the motor vehicle equipped with the vehicle electrical system and vice versa.
  • this also applies to the procedures.
  • Device features can thus be formulated as method features and vice versa.
  • the invention also includes the control unit for the vehicle electrical system or the motor vehicle.
  • the control unit can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the control of the vehicle electrical system according to the invention.
  • the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor).
  • the processor device can have program code which, when executed by the processor device, is set up to carry out the control of the vehicle electrical system according to the invention, in particular its coupling device.
  • the program code can be stored in a data memory of the processor device.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
  • the invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
  • the invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.
  • FIG. 1 in a schematic side view an electrically drivable
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram representation of a structure of a lithium-ion battery as a high-voltage vehicle battery
  • Fig. 3 in a schematic block diagram representation of a first embodiment of a vehicle electrical system, in which two
  • Safety supply connections are supplied with electrical energy from different partial batteries of the high-voltage battery according to FIG. 2 ; 4 shows a schematic block diagram representation like FIG. 2 ;
  • connection switching element can be electrically coupled to each other
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram representation like FIG. 4 of a third embodiment of an on-board network, which is based on the second embodiment without a connecting switching element;
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram representation like FIG. 3 of a fourth embodiment of an on-board electrical system, in which one of the two safety supply connections can be redundantly supplied from an energy converter from two partial batteries and the other of the two safety supply connections can be electrically coupled to a conventional supply connection or to the other safety supply connection can;
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram representation like FIG. 6 of a fifth embodiment of an on-board network without a connecting switching element between the two safety supply connections;
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of a vehicle electrical system in a schematic block diagram like FIG. 3, in which a current distribution device is provided.
  • FIG. 1 shows, in a schematic side view, an electrically drivable motor vehicle, which is embodied here as an electric vehicle 50 .
  • the electric vehicle 50 has an on-board electrical system 52 to which a synchronous machine 12 for driving the electric vehicle 50 in normal ferry operation is connected.
  • the synchronous machine 12 is designed as a multi-phase synchronous machine 12 .
  • a multi-phase inverter 56 is connected as an energy converter to the on-board electrical system 52 and to the synchronous machine 12 .
  • a vehicle battery 54 is connected to the vehicle electrical system 52 electrical power supply of the vehicle electrical system 52 is used.
  • Reference number 54 here represents a high-voltage battery. In principle, however, other possible combinations are also conceivable here.
  • one or more fuel cells can also be provided. The fuel cells can of course also be combined with battery cells or partial batteries. Other electrical energy sources can also be provided as an alternative or in addition.
  • vehicle electrical system 52 has a coupling device 10, as will be explained in more detail below. Also connected to the vehicle electrical system 52 are electrical devices which are collectively identified in this figure by the reference symbols 14 , 16 . Even if the motor vehicle 50 is embodied as an electric vehicle in the present case, the invention is not limited to this and can also be used, for example, in a motor vehicle that can be driven with a conventional internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a structure of the vehicle battery 54 according to FIG. 1, which in the present case is designed as a high-voltage battery or lithium-ion battery.
  • the invention is not limited to the use of high voltage. In principle, it can also be used exclusively for the low-voltage area without departing from the spirit of the invention.
  • the high-voltage battery 54 has a plurality of battery parts, of which six battery parts, namely the battery parts 26, 28, 32 and the battery parts 34, 36, 38 are shown schematically in FIG.
  • the partial batteries 26, 28, 32 are shown as examples of a plurality of partial batteries, which in turn each have a plurality of lithium-ion cells or battery cells, which are not labeled in the illustration according to FIG.
  • the battery cells of each of the partial batteries 26, 28, 32 are partially connected in parallel and partially connected in series.
  • the partial batteries 26, 28, 32 and, if necessary, further partial batteries provided in this branch are in turn connected in series. Between two directly electrically coupled partial batteries 26, 28, 32 is a
  • connection switching element 20 interposed, so that the partial batteries 26, 28, 32 can be electrically separated from each other.
  • Another branch which has the partial batteries 34, 36, 38, is formed from partial batteries 26, 28, 32 in accordance with the battery branch previously described.
  • the partial batteries 34, 36, 38 can be connected in parallel to the respective partial batteries 26, 28, 32 via further battery switching elements 18.
  • further corresponding strings of partial batteries can be provided. At least some of the partial batteries can be connected at least in series or else in parallel.
  • the vehicle battery 54 also includes a control unit 22 which provides battery management.
  • the control unit 22 controls, among other things, the connection switching elements 20.
  • battery switching elements 18 are provided, which are provided by a battery contactor. This means that battery connections (not shown), at which the vehicle battery 54 provides high voltage, can be electrically isolated from the partial batteries or the battery cells. Electrical devices 16 suitable for high voltage are connected to the battery terminals (not designated).
  • each partial battery can be separated from the remaining partial batteries via corresponding switching elements 18, 20 without any reaction.
  • a switching element can be separated from the other partial batteries without reaction, for example by a contactor, a relay, a pyro separator, an electronic switching element, which preferably has at least one semiconductor switch.
  • a process for separating each of the partial batteries can be triggered, for example, when a fault is detected in one partial battery or also in the case of a conventional supply connection 46 or one of two safety supply connections 42, 44 shown.
  • the control unit 22 triggers or controls the respective Switching elements caused by appropriate switching signals.
  • the control unit 22 detects and evaluates electrical currents, electrical voltages and also temperatures, in particular in the area of the vehicle battery 54 . However, this is not shown in the figures.
  • Safety supply connection 42, 44 may be provided, to which either safety-related consumers or electrical devices 14 may be connected directly or with the interposition of an energy converter, as will be explained below. Depending on the desired fault tolerance, a number of almost reaction-free safety supply connections can be implemented in this way.
  • each partial battery has a plurality of battery cells, with the vehicle battery 54 having at least two partial batteries 26, 28 (FIG. 3).
  • the supply of further electrical devices 16, 86 with electrical energy, which are not safety-relevant, is present without any reaction via the battery switching elements 18.
  • the electrical devices 16 are designed for operation with high voltage and are connected directly to the high-voltage connection of the vehicle battery 54, whereas the electrical devices 86 are designed for operation with low voltage.
  • the electrical devices 86 are electrically coupled to the high-voltage connection via a DC/DC converter 72 .
  • the battery switching elements 18 therefore also indirectly control, among other things, the conventional supply connection 46 to which the electrical devices 86 are connected.
  • a safety supply connection 42 is connected directly to the partial battery 34 .
  • the safety supply connection 42 is thus uninterrupted to the Partial battery 34 connected, that is, between the safety supply connection 42 and the partial battery 34 no electrical separation by means of the battery switching elements 18 is provided.
  • a second safety supply connection 44 is connected in the same way without interruption or directly to the partial battery 28 .
  • the safety supply connections 42, 44 are supply connections in which, with regard to availability according to ASIL-D, safety-related functions can be implemented via two independent, redundant supply paths.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram representation of a first embodiment of an on-board electrical system 52 in which the two safety supply connections 42, 44 are supplied with electrical energy from different partial batteries 26, 28 of the high-voltage battery 54 according to FIG.
  • a supply battery 64, 66 is also connected, by means of a quiescent power supply to the respective
  • Safety supply connection 42, 44 connected electrical devices 14 can be realized.
  • the safety supply connection 44 is connected to the sub-battery 28 via a unidirectional DC/DC converter 70 .
  • Both energy converters 68, 70 are designed as electrically isolated energy converters, so that the corresponding partial batteries 24, 26 are electrically isolated from one another, although the two safety supply connections 42, 44 use the same electrical reference potential on the secondary side as does the conventional supply connection 46.
  • An electrical connection between the two partial batteries 24, 26 via the DC/DC converters 68, 70 and the reference potential on the secondary side can be avoided as a result.
  • the control unit 22 is supplied with energy redundantly from the safety supply connections 42, 44 via diodes 76, 78 which are connected in series with a respective switching element 80, 82.
  • the control of the battery switching elements 18, 20 according to ASIL-D which is necessary to ensure the reaction-free separation of the individual partial batteries 26, 28, can be ensured if required.
  • Energy sources or partial batteries 26, 28 support in the supply.
  • a coupling device 10 is connected without interruption to the vehicle battery 54, to which the first and second safety supply connections 42, 44 are also connected.
  • Coupling device 10 is formed, the first and second safety supply connection 42, 44 depending on one
  • the coupling takes place here via the DC/DC converters 68, 70 accordingly.
  • the coupling device 10 also includes the DC/DC converters 68, 70.
  • current distribution devices can be used, which can be realized using conventional elements such as safety fuses, hybrid elements such as safety fuses plus additional electronics such as relays, semiconductor switching elements, PTE or the like, or else fully electronically.
  • the current distribution devices and also the electrical devices can be supplied from different supply connections 42, 44. A freedom from feedback at the supply terminals 42, 44 can by the
  • the two safety supply connections 42, 44 can optionally be electrically coupled to one another via a first connecting switching element 60 depending on its switching state.
  • Electrical devices that are not safety-relevant in terms of availability such as seat heating, a navigation device, a radio and/or the like, are preferably connected to the conventional supply connection 46 as electrical devices 86 . They can be electrically connected to one of the two safety supply connections 42, 44 via a connection switching element 48 that can be separated without any reaction. It is provided here that such an electrical connection to the safety supply connection 44 exists.
  • the connection switching element 48 is preferably switched to the switched-off switching state before a safety-critical undervoltage or overvoltage can be caused by an electrical device 86 at the conventional supply connection 46 .
  • a bidirectional DC/DC converter 72 is also connected to the battery switching elements 18 and provides the conventional supply connection 46 to which the electrical devices 86 can also be connected, at least in part.
  • low voltage can be provided at the conventional supply connection 46 by means of the energy converter 72 .
  • the DC/DC converters 68, 70, 72 are used to provide a DC voltage of approximately 12 V on their low-voltage side, so that no voltage conversion is required when coupling via one of the connecting switching elements 60, 48.
  • FIG. 4 shows a further schematic block diagram representation like FIG. 3 for a second embodiment of an on-board electrical system 52 in which the supply battery 64 is omitted.
  • the function of the vehicle electrical system 52 according to FIG. 4 is based on the function of the vehicle electrical system 52 according to FIG. 3, which is why reference is also made to the relevant statements. Only the differences are explained below.
  • the vehicle electrical system 52 according to FIG. 4 differs from the vehicle electrical system 52 according to FIG. 3 in that the second connection switching element 60, which can only be optionally present in the embodiment according to FIG. 3, is mandatory in this embodiment. This allows the electrical devices 14, which are connected to the first safety supply connection 42, to be supplied with quiescent current via the supply battery 66, so that the supply battery 64 can be saved according to the embodiment according to FIG.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of an on-board network 52 which is based on the second embodiment of the on-board network 52 according to FIG. 4 .
  • the configuration of the vehicle electrical system 52 according to FIG. 5 differs from the configuration of the vehicle electrical system 52 according to FIG. 4 in that the second connection switching element 60 is no longer provided.
  • the electrical devices 14 connected to the safety supply connection 44 can be supplied with quiescent current either via the partial battery 24 and the DC/DC converter 68 or, in the case of electrical devices 14 optimized for cold starts, it can be omitted entirely.
  • energy can be supplied at the first safety supply connection 42 by the partial battery 24 when the motor vehicle is started.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of an on-board electrical system 52, in which one of the two safety supply connections 42, 44, in this case the safety supply connection 42, can be supplied redundantly from an energy converter 74 by two partial batteries 26, 28.
  • the other of the two safety power terminals 44 is via the first connection switching element 60 to the other
  • Safety supply connection 42 electrically coupled.
  • the supply battery 66 is connected to the safety supply connection 44 .
  • the energy converter or DC/DC converter 74 has a safety integrity according to ASIL-x(D).
  • the DC/DC converter 74 is connected both to the battery part 26 and to the battery part 28 .
  • a common energy supply from both partial batteries 26, 28 can be provided at the same time. This can be controlled by the control unit 22.
  • the DC/DC converter 74 is preferably designed as a galvanically isolated energy converter, so that the electrical potentials at the DC/DC converter 74 can be isolated from one another on the primary side and also on the secondary side. In principle, however, a circuit structure can also be provided which makes it possible to save on the galvanic isolation.
  • the safety supply connection 44 can also be supplied with electrical energy via the second connecting switching element 60 .
  • the safety supply connections 42, 44 can be connected in parallel by means of the second connecting switching element 60.
  • the second safety supply connection 44 can also be electrically coupled to the conventional supply connection 46 by means of the connection switching element 62 .
  • an energy supply for the control unit 22 and an energy converter control of the DC/DC converter 74 can also be ensured via the second safety supply connection 44 . In the present case, however, the energy supply is provided via the first safety supply connection 42 .
  • FIG. 7 shows a further schematic block diagram representation like FIG. 6 for a fifth embodiment of an on-board electrical system 52 in which the second connection switching element 60 is not provided or is omitted.
  • a quiescent current supply to the electrical devices 14 connected to the first safety supply connection 42 can be achieved in this embodiment either via the DC/DC converter 74 or can be omitted entirely in the case of electrical devices 14 optimized for cold starts, as has already been explained with reference to FIG the corresponding statements are referred to.
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of an on-board electrical system 52 in which a current distribution device 58 is provided.
  • the vehicle electrical system 52 here has a coupling device 40 which in turn has a power distribution device 58 which is electrically coupled to the two partial batteries 26 , 28 .
  • the power distribution device 58 provides the first and the second safety supply connection 42, 44 as well as the conventional
  • the power distribution device 58 in turn has a coupling unit (not shown) for electrically coupling the connections 42, 44, 46 and for each of the two battery sections 26, 28 a source switching element which is designed to connect the respective battery section 26, 28 to the coupling unit depending on a switching state to be connected electrically.
  • the power distribution device 58 has a supply switching element for each of the safety supply terminals 42, 44, which is formed, the respective
  • Safety supply connection 42, 44 to be electrically coupled to the coupling unit depending on a switching state.
  • the coupling unit can have, for example, at least one busbar, electrical lines and/or the like. Corresponding electrical lines can of course also be included in the coupling unit.
  • Safety supply terminals 42, 44 may be connected thereto. The same applies in principle to the DC / DC converter 70.
  • additional switching elements can be provided to additionally or alternatively a power supply for the conventional
  • the respective DC/DC converter 68, 70 can be implemented from the respective safety supply connection 42, 44 with regard to its own control.
  • a safety-relevant main power distributor is preferably used for the energy supply, which can distribute the electrical energy or electrical power to the safety supply connections 42 , 44 and the conventional supply connection 46 starting from the two partial batteries 26 , 28 .
  • an ASIL-D composition regarding the energy supply from the safety-related safety supply connections 42, 44 with ASIL-x(D) and ASIL-Dx(D) are decoupled from a necessary decomposition of the safety-related electrical devices 14 to be supplied, namely according to ASIL-y(D) and ASIL-Dy(D).
  • a quiescent current supply that may be required can be provided by an energy store that is optimized for quiescent current, for example, such as the supply battery 64 , 66 or by a supply battery 84 connected to the conventional supply connection 46 .
  • an energy store that is optimized for quiescent current, for example, such as the supply battery 64 , 66 or by a supply battery 84 connected to the conventional supply connection 46 .
  • the preceding exemplary embodiments show how increased safety can be achieved or even improved in the electrical energy supply of safety-relevant electrical devices in motor vehicles by using a predetermined safety circuit structure.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (52) für ein Kraftfahrzeug (50), bei dem von einer Fahrzeugbatterie (54) des Bordnetzes (52), die wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) aufweist, an einem mit der Fahrzeugbatterie (54) elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss (46) des Bordnetzes (52) elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) des Bordnetzes (52) über eine an die Fahrzeugbatterie (54) angeschlossene Koppeleinrichtung (10, 40) des Bordnetzes (52) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die Koppeleinrichtung (10, 40) den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung (10, 40) jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch koppelt.

Description

Bordnetz und Verfahren zu seinem Betrieb
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer wenigstens zwei Teilbatterien aufweisenden Fahrzeugbatterie sowie wenigstens einem mit der Fahrzeugbatterie derart elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss, dass die Fahrzeugbatterie an wenigstens einem konventionellen Versorgungsanschluss elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien bereitstellt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug, bei dem von einer Fahrzeugbatterie des Bordnetzes, die wenigstens zwei Teilbatterien aufweist, an einem mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss des Bordnetzes elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien bereitgestellt wird.
Gattungsgemäße Bordnetze, Kraftfahrzeuge mit gattungsgemäßen Bordnetzen sowie Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es aus diesem Grund eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Das Bordnetz dient bei einem Kraftfahrzeug dazu, elektrische Energie zwischen an das Bordnetz an wenigstens einem Versorgungsanschluss angeschlossenen elektrischen Einrichtungen verteilen zu können. Der Versorgungsanschluss kann eine lokale Stelle des Bordnetzes sein, die an einer spezifischen Position im Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Das Bordnetz kann jedoch auch überdas Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sein, sodass auch der konventionelle Versorgungsanschluss mehr als lediglich eine einzelne Anschlussstelle zum Anschließen von elektrischen Einrichtungen aufweisen kann. Die Anschlussstellen können im Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sein.
Darüber hinaus weist das Bordnetz wenigstens eine Fahrzeugbatterie auf, die dem Bereitstellen von elektrischer Energie dient. Bereitstellen von elektrischer Energie meint vorliegend nicht nur ein Abgeben von elektrischer Energie an elektrische Einrichtungen des Bordnetzes beziehungsweise an das Bordnetz angeschlossene elektrische Einrichtungen, sondern es umfasst auch das Aufnehmen von elektrischer Energie, beispielsweise wenn bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug bei einem Bremsvorgang im Rahmen einer Rekuperation Bewegungsenergie in elektrische Energie mittels einer entsprechenden elektrischen Einrichtung umgewandelt und dem Bordnetz zugeführt wird. Dies gilt natürlich gleichermaßen auch für den Begriff „Versorgen“. Ein Bordnetz einer gattungsgemäßen Art offenbart zum Beispiel die DE 10 2014 201 316, die DE 10 2012 003 309 A1, die ein elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems offenbart, sowie die DE 10 2005 038 746 A1, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug offenbart.
Heutzutage ist es üblich, dass Kraftfahrzeuge mit Lenk- und/oder Bremssystemen ausgestattet sind, die den Fahrer des Kraftfahrzeugs bei kritischen Fahrsituationen zumindest teilweise unterstützen. Solche Lenk- und/oder Bremssysteme nutzen häufig elektrische Energie, wobei eine unmittelbare Einwirkung des Fahrers nicht mehr erforderlich ist. Tritt jedoch hierbei ein Fehler bei einem solchen Lenk- und/oder Bremssystem beziehungsweise bei einer Energieversorgung eines dieser Systeme auf, ist eine mechanische beziehungsweise hydraulische Rückfallebene vorgesehen, um den Fahrer weiterhin die Lenk- und/oder Bremsbarkeit des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Die zunehmende Automatisierung des Fahrens, insbesondere in Bezug auf automatisiertes Fahren, besonders hochautomatisiertes Fahren (HAF), ermöglicht es, neuartige Konzepte für Innenräume von zukünftigen Kraftfahrzeugen bereitzustellen, bei denen Insassen des Kraftfahrzeugs unterschiedlichste Positionen einnehmen können, insbesondere auch der Fahrer. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Schlafposition oder ein Drehen eines Sitzes ermöglicht werden. Dies erfordert jedoch auch neue Konzepte in Bezug auf zum Beispiel Lenk- und/oder Bremssysteme, weil einerseits mechanische beziehungsweise hydraulische Steuermittel für den Fahrer unter Umständen nicht mehr erreichbar sind, oder beispielsweise ein automatisiertes, insbesondere autonomes Führen des Kraftfahrzeugs unabhängig von einer Fahrereinwirkung erfolgen können soll. Bei derartigen Systemen ist dann in der Regel nur noch eine rein elektrische beziehungsweise elektronische Verbindung vorhanden, beispielsweise zwischen einem Sensor einerseits, wie zum Beispiel einem Lenkrad oder einem Bremspedal, und einem Aktuator andererseits, beispielsweise einem Lenkungsmotor, einem Bremsmotor oder dergleichen. Dies wird auch X-By- Wire genannt. Es sind somit hochverfügbare Fahrzeugsysteme erforderlich, die eine sichere elektrische Energieversorgung für den stimmungsgemäßen Betrieb benötigen und die Anforderung an den höchsten Sicherheitsstandard gemäß Automotive Safety Integrity Level D (ASIL D gemäß ISO 26262) sowie zugehörige Gesetze, wie zum Beispiel ECE R 13, ECE R 79 für steer-by-wire, genügen.
Im Stand der Technik ist es daher erforderlich, ein besonderes Augenmerk auf die elektrische Energieversorgung der Systeme, insbesondere der sicherheitsrelevanten Systeme, zu richten. Dabei zeigt sich, dass es nicht ausreicht, lediglich zwei redundante Energieversorgungspfade vorzusehen. So kann beispielsweise bei Auftreten eines Kurzschlusses durch Rückwirkung auch ein redundanter Energieversorgungspfad betroffen sein, sodass ein bestimmungsgemäßer Betrieb des sicherheitsrelevanten Systems unter Umständen nicht mehr gewährleistet werden kann. Weitere derartige Probleme können durch den bekannten Stand der Technik ebenfalls nicht abgefangen werden. Der Stand der Technik eignet sich daher nicht für eine entsprechende sichere und zuverlässige Energieversorgung, wie sie insbesondere für das autonome Führen eines Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, die Zuverlässigkeit der Energieversorgung insbesondere für einen autonomen Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung Bordnetze, ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Bordnetz wird mit der Erfindung gemäß einem ersten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass das Bordnetz eine an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Koppeleinrichtung sowie wenigstens einen ersten und einen zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss aufweist, wobei die Sicherheitsversorgungsanschlüsse an die Koppeleinrichtung angeschlossen sind, wobei die Koppeleinrichtung ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch zu koppeln.
Für ein gattungsgemäßes Bordnetz wird ferner gemäß einem zweiten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass das Bordnetz eine an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Koppeleinrichtung sowie wenigstens einen ersten und einen zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss aufweist, die an die Koppeleinrichtung angeschlossen sind, wobei die Koppeleinrichtung ein drittes Verbindungsschaltelement aufweist und ausgebildet ist, den einen ersten oder zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung mit einer der wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch zu koppeln und dem jeweils wenigstens einen anderen der Sicherheitsversorgungsanschlüsse abhängig von einem Schaltzustand des dritten Versorgungsschaltelements über das dritte Versorgungsschaltelement mit dem konventionellen Versorgungsanschluss elektrisch zu koppeln. Bezüglich eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass dieses ein Bordnetz gemäß der Erfindung aufweist.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird mit der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss des Bordnetzes über eine an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Koppeleinrichtung des Bordnetzes mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die Koppeleinrichtung den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch koppelt.
Schließlich wird bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt vorgeschlagen, dass wenigstens ein erster oder ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss des Bordnetzes über eine an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Koppeleinrichtung des Bordnetzes mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die Koppeleinrichtung den ersten oder den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung mit einer der wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch koppelt und den jeweils wenigstens einen anderen der Sicherheitsversorgungsanschlüsse abhängig von einem Schaltzustand eines dritten Verbindungsschaltelements der Koppeleinrichtung über das dritte Verbindungsschaltelement mit dem konventionellen Versorgungsanschluss elektrisch koppelt.
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass ein partitionierter Energiespeicher, insbesondere die wenigstens zwei Teilbatterien aufweisende Fahrzeugbatterie, neue Sicherheitskonzepte ermöglicht. Im Rahmen der Partitionierung können Teilbatterien gebildet werden, die jeweils wenigstens eine einzelne Batteriezelle umfassen. Vorzugsweise umfasst jede der Teilbatterien jedoch eine Mehrzahl von Batteriezellen, die je nach Bedarf und Funktion in Reihe und/oder parallelgeschaltet sein können. Die Teilbatterien können hinsichtlich der Batteriezellen und deren Verschaltung im Wesentlichen gleich ausgebildet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Je nach Bedarf können die Teilbatterien auch voneinander abweichende Anzahlen von Batteriezellen aufweisen. Das Gleiche gilt dem Grunde nach auch für die Verschaltung der Batteriezellen innerhalb der jeweiligen Teilbatterien. Die Teilbatterien können innerhalb der Fahrzeugbatterie ebenfalls parallelgeschaltet und/oder auch in Reihe geschaltet sein. Vorzugsweise ist jedoch eine Reihenschaltung vorgesehen.
Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise ausgebildet, reversibel elektrische Energie elektrochemisch zu speichern. Sie kann zum Beispiel eine Hochvoltbatterie sein. Hochvolt meint vorliegend eine elektrische Gleichspannung, die größer als etwa 60V ist. Vorzugsweise entspricht Hochvolt dem Standard ECE R 100 oder dergleichen. Das Bordnetz ist vorzugsweise ein Gleichspannungsnetz, welches mit der Gleichspannung beaufschlagt ist. Das Bordnetz braucht jedoch nicht mit einer einzelnen Gleichspannung beaufschlagt zu sein. Vorzugsweise kann das Bordnetz einerseits mit einer Hochvoltgleichspannung und andererseits mit einer Niedervoltbordspannung beaufschlagt sein. Der Begriff Niedervolt meint hierbei eine elektrische Gleichspannung, die kleiner als eine Hochvoltspannung ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass wenigstens eine der Gleichspannungen eine Hochvoltspannung ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass beide Gleichspannungen Niedervoltspannungen oder auch Hochvoltspannungen sind.
Die Fahrzeugbatterie ist mit dem konventionellen Versorgungsanschluss elektrisch gekoppelt und stellt an diesem elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien bereit. Vorzugsweise wird am konventionellen Versorgungsanschluss eine elektrische Spannung bereitgestellt, die der Reihenschaltung einer Mehrzahl der Teilbatterien, vorzugsweise sämtlicher der Teilbatterien, entspricht. Der konventionelle Versorgungsanschluss ist daher vorzugsweise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, die der Bemessungsspannung der Fahrzeugbatterie entspricht. Dem Grunde nach kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der konventionelle Versorgungsanschluss über einen Gleichspannungswandler mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist. Der Gleichspannungswandler beziehungsweise Energiewandler ist vorzugsweise Bestandteil der Koppeleinrichtung. Dadurch ist es möglich, die elektrische Spannung am konventionellen Versorgungsanschluss bedarfsgerecht abweichend von der Bemessungsspannung der Fahrzeugbatterie einstellen zu können.
Der Energiewandler kann als unidirektionaler Energiewandler ausgebildet sein, der lediglich einen Energiefluss von der Fahrzeugbatterie zu an den konventionellen Versorgungsanschluss angeschlossene elektrische Einrichtungen erlaubt. Vorzugsweise ist er jedoch als bidirektionaler Energiewandler ausgebildet, sodass auch ein umgekehrter Energiefluss von einer oder mehrerer der elektrischen Einrichtungen, die am konventionellen Versorgungsanschluss angeschlossen sind, zur Fahrzeugbatterie ermöglicht ist.
Bei der Fahrzeugbatterie handelt es sich vorzugsweise um eine Lithium-Ion- Batterie, das heißt, eine Batterie, deren Batteriezellen auf einer entsprechenden Zellchemie basieren. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es können gleichermaßen auch andere Zellchemien für die Realisierung der Erfindung genutzt werden, beispielsweise Blei-Säure, Nickel- Kadmium und/oder dergleichen.
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem weiteren Gedanken, dass einzelne elektrische Einrichtungen, insbesondere elektrische Verbraucher oder auch komplette Energieversorgungsnetze, aus wenigstens zwei redundant vorgesehenen Energiequellen mit elektrischer Energie versorgt werden können. Diese Energiequellen können durch unterschiedliche Teilbatterien der Fahrzeugbatterie realisiert sein. Mittels des erfindungsgemäß ausgestalteten Bordnetzes können Rückwirkungen zwischen den elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Energiequellen weitgehend vermieden werden. Zu diesem Zweck sind die an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Koppeleinrichtung sowie die wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse vorgesehen. Die
Sicherheitsversorgungsanschlüsse sind ihrerseits an die Koppeleinrichtung angeschlossen.
Die Koppeleinrichtung ist gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet, den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch zu koppeln. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass jeder der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse mit einer anderen Teilbatterie elektrisch gekoppelt wird. Darüber hinaus kann aber auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse mit genau der gleichen Teilbatterie elektrisch gekoppelt werden. Die Sicherheitsversorgungsanschlüsse sind also ergänzend zum wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss vorgesehen.
An die Sicherheitsversorgungsanschlüsse sind vorzugsweise solche elektrischen Einrichtungen angeschlossen, deren Betrieb für den bestimmungsgemäßen Fährbetrieb des im Kraftfahrzeugs im Wesentlichen unverzichtbar sind, beispielsweise eine elektrische Bremseinrichtung, eine elektrische Lenkeinrichtung und/oder dergleichen. Mittels der Koppeleinrichtung kann die elektrische Kopplung in vorgebbarer Weise erreicht werden. Zu diesem Zweck kann die Koppeleinrichtung ein oder mehrere Schaltelemente aufweisen, die in geeigneter Weise geschaltet werden können, um die gewünschte Funktionalität zu realisieren. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die elektrische Kopplung mit der genau einen Teilbatterie über ein jeweiliges Schaltelement erfolgt, um die Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen zu gewährleisten. Durch die Schaltelemente kann erreicht werden, dass sich eine Störung einer Teilbatterie nicht auf die anderen gekoppelten Energiequellen und somit insbesondere nicht auf die gesamte Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen auszuwirken braucht, insbesondere nicht auf die elektrischen Einrichtungen, die an die Sicherheitsversorgungsanschlüsse angeschlossen sind. Durch geeignete Schaltmaßnahmen können nämlich die wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse energieversorgungstechnisch voneinander entkoppelt werden. Dadurch ist es möglich, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit, insbesondere von elektrischen Einrichtungen, die für die Sicherheit des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs erforderlich sind, zu verbessern.
Das gleiche gilt dem Grunde nach auch für die Sicherheitsversorgungsanschlüsse, an denen sicherheitsrelevante elektrische Einrichtungen angeschlossen sein können. Vorzugsweise sind an diesen Anschlüssen ausschließlich elektrische Einrichtungen angeschlossen, die bestimmte elektrische Sicherheitsvoraussetzungen gemäß der eingangs genannten Normung erfüllen. Das heißt, derartige elektrische Einrichtungen sollen zum Beispiel geeignet sein, eine Rückwirkung durch eine in der elektrischen Einrichtung auftretenden Störung auf den Sicherheitsversorgungsanschluss, an den sie selbst angeschlossen ist, weitgehend zu vermeiden. Der Hintergrund ist, dass mechanische Sicherungselemente wie Schmelzsicherungen aufgrund ihres trägen Schaltverhaltens hierfür in vielen Fällen ungeeignet sind. Schmelzsicherungen dienen üblicherweise als Leitungsschutz und können daher die hier gewünschte Funktionalität in der Regel nicht realisieren. Daher kommen als Sicherungselement besonders elektronische Sicherungselemente zum Einsatz, die zum Beispiel auch ein Schaltelement aufweisen können. Ein Sicherungselement kann aber auch eingespart werden, wenn beispielsweise konstruktiv für eine jeweilige der elektrischen Einrichtungen verhindert werden kann, dass zum Beispiel ein Kurzschluss im Bereich von dessen Energieversorgung auftreten kann. Dies kann zum Beispiel durch eine Reihenschaltung von Kondensatoren anstelle eines einzelnen Kondensators erreicht werden, welcher zwischen den elektrischen Potentialen der Versorgungsspannung angeschlossen ist, sodass ein Kurzschluss in diesem Kondensator nicht zu einem Kurzschluss der Versorgungsspannung führt. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Falle einer bei den Sicherheitsversorgungsanschlüssen auftretenden Störung ein Sicherungselement ausgelöst werden kann. Darüber hinaus können natürlich weitere relevante elektrische Eigenschaften aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein.
Ist zum Beispiel eine Redundanz in Bezug auf das Bremssystem gefordert, kann vorgesehen sein, dass zwei voneinander unabhängige Bremssysteme vorgesehen sind, wobei eines der Bremssysteme am ersten Sicherheitsversorgungsanschluss und das zweite der Bremssysteme am zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss angeschlossen sind. Tritt in einem der beiden Sicherheitsversorgungsanschlüssen eine Störung auf, welches ein an diesem Sicherheitsversorgungsanschluss angeschlossenes Bremssystem beeinflusst, kann mittels der Koppeleinrichtung gemäß der Erfindung eine entsprechende Deaktivierung derart erfolgen, dass das andere der Bremssysteme bestimmungsgemäß weiterbetrieben werden kann. Zu diesem Zweck sind entsprechende Schaltelemente vorgesehen, mit denen es möglich ist, im Falle einer entsprechenden Störung den jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss zu deaktivieren, und zwar abhängig von deren Schaltzustand. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Energieversorgung beider Bremssysteme über die Koppeleinrichtung und entsprechende Schaltzustände der Schaltelemente lediglich aus einer der beiden Energiequellen zu realisieren, wodurch auch eine Störung bei einer der beiden Energiequellen nicht dazu führen braucht, dass die Funktion der Bremssysteme beeinträchtigt wäre. Dies gilt natürlich auch für beliebige weitere elektrische Einrichtungen, die an die Sicherheitsversorgungsanschlüsse angeschlossen sein können.
Dabei ist ergänzend zu berücksichtigen, dass die elektrischen Einrichtungen nicht zwingend nur elektrische Verbraucher zu sein brauchen, sondern es können auch ergänzend weitere elektrische Energiequellen vorgesehen sein, oder eine elektrisch Einrichtung kann abhängig von einem jeweiligen Betriebszustand elektrische Energie verbrauchen oder bereitstellen. Vorzugsweise ist jedoch für die Sicherheitsversorgungsanschlüsse vorgesehen, dass hier lediglich elektrische Verbraucher angeschlossen sind. Das Schaltelement kann durch ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente gebildet sein. Darüber hinaus kann das Schaltelement auch wenigstens ein elektromechanisches Schaltelement aufweisen, beispielsweise ein Relais, ein Schütz und/oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Halbleiterschaltelement auch durch ein elektromechanisches Schaltelement oder jedes beliebige andere geeignete Schaltelement gebildet sein.
Das Schaltelement, kann insbesondere als Halbleiterschaltelement ausgebildet sein, beispielsweise durch einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen Metalloxide-Field-Effect-Transistor (MOSFET), einen Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), aber auch durch Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO) und/oder dergleichen oder jeglicher anderer Art von Schaltelementen gebildet sein. Diese Schaltelemente sind vorzugsweise in die Koppeleinrichtung integriert angeordnet.
Zur Bereitstellung der gewünschten Schaltfunktionalität durch die Koppeleinrichtung werden die Halbleiterschaltelemente im Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf ein Halbleiterschaltelement unter Nutzung eines Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren.
Die Schaltelemente sind vorzugsweise an wenigstens eine Steuereinheit angeschlossen, die für die Schaltelemente entsprechende Steuersignale bereitstellt, sodass die Schaltelemente den gewünschten Schaltzustand einnehmen. Die Steuereinheit ist zumindest an die Schaltelemente, insbesondere die Halbleiterschaltelemente der Stromverteilervorrichtung angeschlossen. Vorzugsweise ist die Steuereinheit zumindest teilweise in die Koppeleinrichtung integriert ausgebildet. Darüber hinaus kann die Koppeleinrichtung, insbesondere die Steuereinheit, eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über die sie mit einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer Fahrzeugsteuerung, in Kommunikationsverbindung steht. Um ein Schaltelement zu steuern, ist die Steuereinheit zumindest teilweise integriert in die Koppeleinrichtung, weil die Schaltvorgänge zum Beispiel bei einem harten Kurzschluss sehr schnell erfolgen sollen, beispielsweise schneller als etwa 500 ps, vorzugsweise schneller als etwa 100 ps.
Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise leitungsgebunden und/oder auch drahtlos ausgebildet sein. Eine drahtlos ausgebildete Kommunikationsverbindung kann zum Beispiel auf Funk, insbesondere Nahfunk, basieren. Vorzugsweise weist jedes der Schaltelemente eine eigene Kommunikationsschnittstelle auf, mittels der es mit der Steuereinheit in Kommunikationsverbindung steht. Insbesondere kann die vorrichtungsseitige Kommunikationsschnittstelle an einem jeweils integrierten Teil einer Schaltelementsteuerung angeschlossen sein, die ihrerseits zumindest an die Halbleiterschaltelemente angeschlossen ist, um diese in vorgebbarer Weise hinsichtlich ihres Schaltzustands zu steuern. Dadurch kann mittels der Steuereinheit eine Aktivierung beziehungsweise eine Deaktivierung des jeweiligen Versorgungspfads gesteuert werden. Die Steuereinheit selbst kann als separate Baueinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist sie jedoch Bestandteil der Koppeleinrichtung und besonders bevorzugt in diese integriert angeordnet.
Die Erfindung erlaubt es demnach, bei unterschiedlichsten Störungsarten zumindest einen Teilbetrieb des Bordnetzes zu ermöglichen, sodass gerade sicherheitsrelevante Systeme zuverlässig weiterbetrieben werden können. Dadurch ermöglicht die Erfindung auch, die Sicherheitsanforderungen gemäß den eingangs angegeben Standards erreichen zu können. Unterstützt wird dies dadurch, dass gemäß der Erfindung auch wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse vorgesehen sind. Unabhängig davon können natürlich ein oder mehrere konventionelle Versorgungsanschlüsse vorgesehen sein, wobei sich das Augenmerk in Bezug auf die Koppeleinrichtung jedoch besonders auf die zuverlässige Funktionalität bei den Sicherheitsversorgungsanschlüssen richtet.
Die Koppeleinrichtung kann für die Realisierung eines oder mehrerer bestimmter Koppelzustände, die eingenommen werden können, ein oder mehrere entsprechende Schaltelemente aufweisen. Darüber hinaus kann die Koppeleinrichtung aber auch elektrische Leitungen, Stromverteilervorrichtungen und/oder dergleichen aufweisen, um eine elektrische Verbindung zu den an den jeweiligen Anschlüssen der Koppeleinrichtung angeschlossenen beziehungsweise anschließbaren elektrischen Einrichtungen hersteilen zu können. Insbesondere kann natürlich vorgesehen sein, dass die Koppeleinrichtung auch an den wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss angeschlossen sein kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Koppeleinrichtung einen oder mehrere elektrische Energiewandler aufweist, um zum Beispiel bedarfsweise eine Spannungsanpassung vornehmen zu können. Der Energiewandler kann für eine unidirektionale Energiewandlung ausgebildet sein, und zwar vorzugsweise für einen Energiefluss von der Fahrzeugbatterie beziehungsweise der jeweiligen Teilbatterie zum jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, dass der Energiewandler auch als bidirektionaler Energiewandler ausgebildet ist, der einen Energiefluss in beide Richtungen erlaubt, also auch von einer an einen Sicherheitsanschluss angeschlossenen elektrischen Einrichtung zur Fahrzeugbatterie beziehungsweise der jeweiligen Teilbatterie.
Insgesamt erlaubt es die Erfindung, eine dauerhaft sichere elektrische Energieversorgung, besonders für X-By-Wire-Systeme, zu ermöglichen, sodass insbesondere auch die höchste Sicherheitsintegrität gemäß ASIL D nachweisbar erreicht werden kann. Ebenso können auch weitere Anforderungen, wie beispielsweise ECE R 79, ECE R 13 und weitere realisiert werden. Die Erfindung ermöglicht es ferner, Skaleneffekte insbesondere bezüglich HAF und X-By-Wire zu nutzen, um beispielsweise Energiespeicher im Bereich Niedervolt einsparen zu können.
Die Erfindung ermöglicht es somit, an die Sicherheitsversorgungsanschlüsse angeschlossene elektrische Einrichtungen besonders zuverlässig und sicher mit elektrischer Energie auch bei ungünstigen Betriebssituationen versorgen zu können. Dies gilt nicht nur für den ersten Aspekt, sondern auch gleichermaßen für den zweiten Aspekt, bei dem eine alternative Energieversorgung über den konventionellen Versorgungsanschluss realisiert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Bordnetz ein erstes Verbindungsschaltelement aufweist, welches einerseits mit dem ersten oder dem zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss und andererseits mit dem wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, den jeweiligen ersten oder zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Schaltzustand des ersten Verbindungsschaltelements mit dem konventionellen Versorgungsanschluss elektrisch zu koppeln. Diese Weiterbildung erlaubt es, eine Energieversorgung des jeweiligen ersten oder zweiten Sicherheitsversorgungsanschlusses alternativ oder ergänzend über den konventionellen Versorgungsanschluss zu ermöglichen, wenn die Energieversorgung des jeweiligen ersten oder zweiten Versorgungsanschluss aufgrund einer Störung ansonsten nicht mehr gewährleistet werden kann. Durch das erste Verbindungsschaltelement kann somit energieversorgungstechnisch eine zusätzliche Redundanz erreicht werden, wenn dies erforderlich ist. Durch das erste Verbindungsschaltelement kann aber auch erreicht werden, dass die elektrische Kopplung zum konventionellen Versorgungsanschluss unterbrochen werden kann, wenn im Bereich des konventionellen Versorgungsanschlusses beziehungsweise der an ihm angeschlossenen elektrischen Einrichtungen eine Störung auftritt, beispielsweise ein elektrischer Kurzschluss oder dergleichen. Durch Schalten des ersten Verbindungsschaltelements in den ausgeschalteten Zustand kann somit eine Rückwirkung auf den ersten beziehungsweise zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss und die an ihm angeschlossenen elektrischen Einrichtungen weitgehend vermieden werden. Dadurch kann der zuverlässige Betrieb der an dem jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss angeschlossenen elektrischen Einrichtungen verbessert werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Entkopplungseinrichtung eine Stromverteilervorrichtung aufweist, die mit den wenigstens zwei Teilbatterien elektrisch gekoppelt ist und die den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss sowie den wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss bereitstellt, wobei die Stromverteilervorrichtung eine Koppeleinheit zum elektrischen Koppeln der Anschlüsse sowie für jeden der wenigstens zwei Teilbatterien jeweils ein Quellenschaltelement aufweist, das ausgebildet ist, die jeweilige Teilbatterie mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln, wobei die Stromverteilervorrichtung ein Versorgungsschaltelement für jeden der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse aufweist, das ausgebildet ist, den jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass mittels der Koppeleinheit eine elektrische Kopplung der Anschlüsse untereinander erreicht werden kann. Durch Nutzung der Schaltelemente und entsprechend geeignetes Schalten kann die gewünschte Funktionalität realisiert werden. So kann vorgesehen sein, dass die beiden Energiequellen, die an den jeweiligen Stromquellenanschlüssen angeschlossen sind, über die Koppeleinheit im eingeschalteten Zustand der Quellenschaltelemente parallelgeschaltet werden können, um die Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen zu realisieren. Dabei kann mittels des wenigstens einen Quellenschaltelements erreicht werden, dass sich eine Störung einer der Energiequellen nicht auf die gesamte Energieversorgung der elektrischen Einrichtungen auszuwirken braucht. Tritt nämlich bei einer der elektrischen Energiequellen eine Störung auf, beispielsweise ein Kurzschluss oder dergleichen, kann durch Schalten des entsprechenden Quellenschaltelements in den ausgeschalteten Schaltzustand die Rückwirkung auf den Rest des Energieversorgungsnetzes weitgehend vermieden werden. Dadurch ist es möglich, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit, insbesondere von elektrischen Einrichtungen, die für die Sicherheit des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs erforderlich sind, zu verbessern.
Das gleiche gilt dem Grunde nach auch für die Sicherheitsversorgungsanschlüsse, an denen sicherheitsrelevante elektrische Einrichtungen angeschlossen sein können. Vorzugsweise sind an diesen Anschlüssen ausschließlich elektrische Einrichtungen angeschlossen, die bestimmte elektrische Sicherheitsvoraussetzungen gemäß der eingangs genannten Normung erfüllen. Das heißt, derartige elektrische Einrichtungen sollen zum Beispiel geeignet sein, eine Rückwirkung aufgrund einer in der elektrischen Einrichtung auftretenden Störung auf den Sicherheitsversorgungsanschluss, an den sie selbst angeschlossen ist, weitgehend zu vermeiden. Hintergrund ist, dass mechanische
Sicherungselemente wie Schmelzsicherungen auf Grund ihres trägen
Schaltverhaltens hierfür in vielen Fällen ungeeignet sind. Daher kommen als Sicherungselement besonders elektronische Sicherungselemente zu Einsatz, die zum Beispiel auch ein Schaltelement aufweisen können. Ein
Sicherungselemente kann aber auch eingespart werden, wenn beispielsweise konstruktiv für eine jeweilige der elektrischen Einrichtungen verhindert werden kann, dass zum Beispiel ein Kurzschluss im Bereich von dessen
Energieversorgung auftreten kann. Dies kann zum Beispiel durch eine Reihenschaltung von Kondensatoren anstelle eines einzelne Kondensators erreicht werden, welcher sich zwischen den elektrischen Potentialen der Versorgungsspannung angeschlossen ist, sodass ein Kurzschluss in diesem Kondensator nicht zu einem Kurzschluss der Versorgungspannung führt. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Falle einer bei den Sicherheitsversorgungsanschlüssen auftretenden Störung ein Sicherungselement ausgelöst werden kann. Darüber hinaus können natürlich weitere relevante elektrische Eigenschaften aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein. Ferner wird vorgeschlagen, dass das Bordnetz ein mit dem ersten und dem zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss elektrisch gekoppeltes zweites Verbindungsschaltelement aufweist, welches ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss abhängig von einem Schaltzustand des zweiten Verbindungsschaltelements elektrisch zu koppeln. Dadurch ist es möglich, bedarfsweise eine Energieversorgung für beide Sicherheitsversorgungsanschlüsse parallel vorzusehen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Energieversorgung eines der Sicherheitsversorgungsanschlüsse nicht mehr gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass eine gemeinsame Energieversorgung für den ersten und den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss elektrisch von einem der Sicherheitsversorgungsanschlüsse getrennt werden kann, beispielsweise wenn im Bereich dieses Sicherheitsversorgungsanschlusses eine Störung, beispielsweise nach Art eines Kurzschlusses oder dergleichen aufgetreten ist. Die Sicherheit und die Zuverlässigkeit kann weiter verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass an wenigstens einem der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse eine Versorgungsanschlussbatterie angeschlossen ist. Die Versorgungsanschlussbatterie kann zusätzliche Sicherheit bewirken. Einerseits kann mit der Versorgungsanschlussbatterie erreicht werden, dass bei einer gestörten Energieversorgung am jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss eine Energieversorgung zumindest teilweise weiter aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus kann die Versorgungsanschlussbatterie auch dazu nützlich sein, bei einer an einer oder mehreren der an dem jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss angeschlossenen elektrischen Einrichtung auftretenden Störung eine Schutzbeziehungsweise Sicherheitsfunktion besser oder schneller auslösen zu können, beispielsweise bei einem Kurzschluss im Bereich der elektrischen Einrichtung oder dergleichen. So kann beispielsweise das Auslösen eines Sicherungselements gewährleistet oder unterstützt werden. Insgesamt kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit weiter verbessert werden. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Koppeleinrichtung wenigstens einen Energiewandler aufweist, der wenigstens einen der Sicherheitsversorgungsanschlüsse mit der Teilbatterie elektrisch koppelt. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Bemessungsspannung der Teilbatterie von einer Betriebsspannung des jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschlusses zumindest teilweise entkoppelt werden kann. Dadurch ist es möglich, dass die Anschlüsse des Bordnetzes, insbesondere die Sicherheitsversorgungsanschlüsse und/oder der wenigstens eine konventionelle Versorgungsanschluss, nicht mit der gleichen elektrischen Spannung betrieben zu werden brauchen. Darüber hinaus kann durch den Energiewandler erreicht werden, dass ein Energiefluss von der jeweiligen Teilbatterie zum jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss oder umgekehrt gesteuert werden kann. Dies erlaubt es zusätzlich, zumindest teilweise ein Balancing in Bezug auf die Teilbatterien realisieren zu können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Koppeleinrichtung Schaltelemente aufweist, mit denen die Sicherheitsversorgungsanschlüsse bedarfsweise mit einer jeweiligen der Teilbatterien der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt werden, um Abweichungen von Ladungszuständen der Teilbatterien möglichst gering zu halten beziehungsweise steuern zu können. Das heißt, ein Sicherheitsversorgungsanschluss braucht nicht ausschließlich an eine vorgegebene Teilbatterie elektrisch gekoppelt zu werden. Vielmehr kann diese elektrische Kopplung zeitlich variabel gestaltet werden, beispielsweise indem zu vorgebbaren Zeitpunkten und/oder Ladungszuständen der Teilbatterien ein Wechsel in Bezug auf die Kopplung mit der jeweiligen Teilbatterie erfolgen kann. Der Energiewandler kann als DC/DC Wandler ausgebildet sein. Vorzugsweise kann er als galvanisch getrennter Energiewandler ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sicherheitsversorgungsanschlüsse und/oder der wenigstens eine konventionelle Versorgungsanschluss ein gemeinsames elektrisches Bezugspotential nutzen. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn die Energiewandler eine galvanische Trennung aufweisen. Jedoch kann zum Beispiel einer der Energiewandler auch ohne galvanische Trennung ausgebildet sein. Dadurch kann das Bezugspotential auf die Fahrzeugbatterie durchgeschleift werden. Der Energiewandler ist vorzugweise mit genau einer einzigen Teilbatterie elektrisch gekoppelt. Alternativ kann aber auch insbesondere in Bezug auf den zweiten Aspekt vorgesehen sein, dass der Energiewandler mit zwei oder mehreren Teilbatterien elektrisch gekoppelt ist.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Energiewandler elektrisch getrennt an wenigstens zwei Teilbatterien angeschlossen ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Energiewandler selbst redundant aus zwei voneinander unabhängig betreibbaren Teilbatterien mit elektrischer Energie versorgt werden kann, sodass bezüglich der Energiebereitstellungsfunktionalität des Energiewandlers eine Redundanz bereitgestellt ist. Elektrisch getrennt meint vorzugsweise, dass eine elektrische Kopplung zwischen elektrischen Potentialen der an den wenigstens einen Energiewandler angeschlossenen Teilbatterien im Wesentlichen vermieden ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die Teilbatterien nicht in unerwünschter Weise miteinander elektrisch gekoppelt werden können. Das erlaubt es, Teilbatterien der Fahrzeugbatterie nahezu beliebig für die Kopplung mit dem wenigstens einen Energiewandler auswählen zu können. Der Energiewandler kann zu diesem Zweck zum Beispiel eine galvanische Trennung für jede an ihn angeschlossene Teilbatterie aufweisen.
Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Teilbatterien zumindest teilweise unabhängig voneinander betrieben werden können. Hierzu können zum Beispiel Batterieschaltelemente vorgesehen sein, mittels denen eine jeweilige der Teilbatterien für den bestimmungsgemäßen Betrieb aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden kann. Das Batterieschaltelement kann ein reversibel ausgebildetes Schaltelement sein, beispielsweise ein elektromechanisches Schaltelement oder auch ein elektronisches Schaltelement, wie oben bereits erläutert. Darüber hinaus kann das Batterieschaltelement jedoch auch ein irreversibles Schaltelement nach Art eines Sicherungselements oder dergleichen aufweisen, beispielsweise eine Pyro-Sicherung, eine Schmelzsicherung und/oder dergleichen.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Koppeleinrichtung an die Fahrzeugbatterie unterbrechungsfrei angeschlossen ist. Diese Weiterbildung berücksichtigt, dass die Fahrzeugbatterie, insbesondere wenn es sich um eine Hochvoltbatterie handelt, ein oder mehrere Batterieschütze aufweisen kann beziehungsweise soll, um die Fahrzeugbatterie vor gefährlichen Betriebszuständen schützen zu können. In einem solchen Fall werden die Batterieschütze in einen ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet, was dazu führt, dass in der Regel auch der konventionelle Versorgungsanschluss nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Für sicherheitsrelevante elektrische Einrichtungen ist dies jedoch ungünstig oder gegebenenfalls sogar gefährlich. Daher wird die Koppeleinrichtung vorzugsweise unmittelbar an die Fahrzeugbatterie beziehungsweise an die jeweiligen Teilbatterien angeschlossen, um auch dann noch eine elektrische Energieversorgung zumindest teilweise aufrechterhalten zu können, wenn die Batterieschütze in ausgeschalteten Schaltzustand sind. Unterbrechungsfrei meint daher insbesondere, dass die Koppeleinrichtung im Wesentlichen unabhängig von einem jeweiligen Schaltzustand des Batterieschützes oder der Batterieschütze mit den jeweiligen Teilbatterien der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt bleiben kann. Es kann jedoch zum Schutz der Fahrzeugbatterie beziehungsweise der jeweiligen der Teilbatterien vorgesehen sein, dass die Koppeleinrichtung entsprechende Schutzmechanismen aufweist, indem zum Beispiel ein angeschlossener Energiewandler durch die Steuereinheit in entsprechender Weise gesteuert wird, verzichtbare elektrische Einrichtungen an den Sicherheitsversorgungsanschlüssen weitgehend deaktiviert werden und/oder dergleichen. Darüber hinaus kann natürlich auch ein Fahrzustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Ist das Kraftfahrzeug angehalten, kann ein Anfahren blockiert werden und zugleich auch die Sicherheitsversorgungsanschlüsse zumindest teilweise deaktiviert werden. Bei einem Kraftfahrzeug außerhalb des bestimmungsgemäßen Fährbetriebs braucht deshalb zum Beispiel ein Bremssystem oder auch ein Lenkungssystem nicht zwingend weiter mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Die Sicherheit und die Zuverlässigkeit kann hierdurch weiter verbessert werden.
Die für das Bordnetz des ersten Aspekt angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich in gleichem Maße auch für das Bordnetz des zweiten Aspekts, soweit anwendbar, und umgekehrt. Weiterhin gelten die für die Bordnetze des ersten und/oder des zweiten Aspekts angegebenen Vorteile und Wirkungen auch für das mit dem Bordnetz ausgerüstete Kraftfahrzeug und umgekehrt. Dies gilt natürlich auch für die Verfahren. Somit können Vorrichtungsmerkmale als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuereinheit für das Bordnetz beziehungsweise das Kraftfahrzeug. Die Steuereinheit kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung odereine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform der Steuerung des erfindungsgemäßen Bordnetzes durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Steuerung des erfindungsgemäßen Bordnetzes, insbesondere seiner Koppeleinrichtung, durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares
Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, an das eine elektrische Antriebseinrichtung und weitere elektrische Einrichtungen angeschlossen sind;
Fig. 2 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung einen Aufbau einer Lithium-Ion-Batterie als Hochvolt-Fahrzeugbatterie;
Fig. 3 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine erste Ausgestaltung eines Bordnetzes, bei dem zwei
Sicherheitsversorgungsanschlüsse aus voneinander unterschiedlichen Teilbatterien der Hochvoltbatterie gemäß Fig. 2 mit elektrischer Energie versorgt sind; Fig. 4 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 eine zweite Ausgestaltung eines Bordnetzes, bei dem lediglich an einem der zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse eine Versorgungsbatterie angeschlossen ist und die beiden Sicherheitsversorgungsanschlüsse mittels eines
Verbindungsschaltelements miteinander elektrisch gekoppelt werden können;
Fig. 5 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 4 eine dritte Ausgestaltung eines Bordnetzes, die auf der zweiten Ausgestaltung ohne Verbindungsschaltelement basiert;
Fig. 6 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 eine vierte Ausgestaltung eines Bordnetzes, bei dem einer der zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse aus einem Energiewandler redundant aus zwei Teilbatterien versorgt werden kann und der andere der zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse mit einem konventionellen Versorgungsanschluss oder den anderen Sicherheitsversorgungsanschluss elektrisch gekoppelt werden kann; Fig. 7 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 6 eine fünfte Ausgestaltung eines Bordnetzes ohne Verbindungsschaltelement zwischen den beiden Sicherheitsversorgungsanschlüssen; und
Fig. 8 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 eine sechste Ausgestaltung eines Bordnetzes, bei dem eine Stromverteilervorrichtung vorgesehen ist.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches hier als Elektrofahrzeug 50 ausgebildet ist. Das Elektrofahrzeug 50 weist ein elektrisches Bordnetz 52 auf, an das eine Synchronmaschine 12 zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 50 in einem bestimmungsgemäßen Fährbetrieb angeschlossen ist. Die Synchronmaschine 12 ist vorliegend als mehrphasige Synchronmaschine 12 ausgebildet.
An das elektrische Bordnetz 52 und an die Synchronmaschine 12 ist ferner ein mehrphasiger Wechselrichter 56 als Energiewandler angeschlossen. Ferner ist eine Fahrzeugbatterie 54 an das Bordnetz 52 angeschlossen, die der elektrischen Energieversorgung des Bordnetzes 52 dient. Das Bezugszeichen 54 steht hier stellvertretend für eine Hochvoltbatterie. Hier sind dem Grunde nach aber auch andere Kombinationsmöglichkeiten denkbar. Insbesondere können natürlich auch eine oder mehrere Brennstoffzellen vorgesehen sein. Die Brennstoffzellen können natürlich auch mit Batteriezellen beziehungsweise Teilbatterien kombiniert sein. Auch andere elektrische Energiequellen können alternativ oder ergänzend vorgesehen sein.
Zum Zwecke des Energieverteilens weist das Bordnetz 52 eine Koppeleinrichtung 10 auf, wie sie im Folgenden noch weiter erläutert werden wird. An das Bordnetz 52 sind ferner elektrische Einrichtungen angeschlossen, die in dieser Figur zusammengefasst mit dem Bezugszeichen 14, 16 bezeichnet sind. Auch wenn das Kraftfahrzeug 50 vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und kann gleichermaßen zum Beispiel auch bei einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, welches mit einem konventionellen Verbrennungsmotor antreibbar ist.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung einen Aufbau der Fahrzeugbatterie 54 gemäß Fig. 1, die vorliegend als Hochvoltbatterie beziehungsweise Lithium-Ion-Batterie ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung von Hochvolt beschränkt. Dem Grunde nach kann sie auch gleichermaßen ausschließlich für den Bereich Niedervolt zum Einsatz kommen, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
In der Blockschaltbilddarstellung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Hochvoltbatterie 54 eine Mehrzahl von Teilbatterien aufweist, von denen sechs Teilbatterien, nämlich die Teilbatterien 26, 28, 32 sowie die Teilbatterien 34, 36, 38 in Fig. 2 schematisch dargestellt sind. Die Teilbatterien 26, 28, 32 sind exemplarisch für eine Mehrzahl von Teilbatterien dargestellt, die ihrerseits jeweils eine Mehrzahl von Lithium-Ion-Zellen beziehungsweise Batteriezellen aufweisen, die in der Darstellung gemäß Fig. 2 nicht bezeichnet sind. Die Batteriezellen einer jeweiligen der Teilbatterien 26, 28, 32 sind teilweise parallelgeschaltet und teilweise auch in Reihe geschaltet. Die Teilbatterien 26, 28, 32 sowie gegebenenfalls weitere in diesem Zweig vorgesehene Teilbatterien sind ihrerseits in Reihe geschaltet. Zwischen zwei unmittelbar elektrisch gekoppelten Teilbatterien 26, 28, 32 ist jeweils ein
Verbindungsschaltelement 20 zwischengeschaltet, sodass die Teilbatterien 26, 28, 32 voneinander elektrisch getrennt werden können. Ein weiterer Zweig, der die Teilbatterien 34, 36, 38 aufweist, ist entsprechend dem vorher beschriebenen Batteriezweig aus Teilbatterien 26, 28, 32 ausgebildet. Die Teilbatterien 34, 36, 38 können über weitere Batterieschaltelemente 18 zu den jeweiligen Teilbatterien 26, 28, 32 parallelgeschaltet werden. Darüber hinaus können weitere entsprechende Stränge aus Teilbatterien vorgesehen sein. Die Teilbatterien können zumindest teilweise wenigstens in Reihe oder auch parallelgeschaltet sein.
Die Fahrzeugbatterie 54 umfasst ferner eine Steuereinheit 22, die ein Batteriemanagement bereitstellt. Die Steuereinheit 22 steuert unter anderem die Verbindungsschaltelemente 20. Darüber hinaus sind Batterieschaltelemente 18 vorgesehen, die durch ein Batterieschütz bereitgestellt sind. Damit können nicht dargestellte Batterieanschlüsse, an denen die Fahrzeugbatterie 54 Hochvolt bereitstellt, elektrisch von den Teilbatterien beziehungsweise den Batteriezellen getrennt werden. An die nicht bezeichneten Batterieanschlüsse sind für Hochvolt geeignete elektrische Einrichtungen 16 angeschlossen.
Vorliegend ist jede Teilbatterie über entsprechende Schaltelemente 18, 20 rückwirkungsfrei von den restlichen der Teilbatterien trennbar. Ein derartiges Schaltelement ist zum Beispiel durch ein Schütz, ein Relais, einen Pyro- Trenner, ein elektronisches Schaltelement, welches vorzugsweise wenigstens einen Halbleiterschalter aufweist, rückwirkungsfrei von den weiteren Teilbatterien trennbar. Ein Vorgang zum Trennen einer jeweiligen der Teilbatterien kann zum Beispiel bei einem erfassten Fehler in einer Teilbatterie oder auch bei einem konventionellen Versorgungsanschluss 46 oder bei einem von zwei dargestellten Sicherheitsversorgungsanschlüssen 42, 44 ausgelöst werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 22 ein entsprechendes Auslösen beziehungsweise Steuern der jeweiligen Schaltelemente durch entsprechende Schaltsignale bewirkt. Zu diesem Zweck kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 22 elektrische Ströme, elektrische Spannungen sowie auch Temperaturen, insbesondere im Bereich der Fahrzeugbatterie 54, erfasst und auswertet. Dies ist jedoch in den Fig. nicht dargestellt.
Dem Grunde nach kann an einer jeweiligen Teilbatterie 26, 28, 32, 34, 36, 38 ein Versorgungsabgriff beziehungsweise ein
Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 vorgesehen sein, an dem entweder sicherheitsrelevante Verbraucher beziehungsweise elektrische Einrichtungen 14 direkt oder auch unter Zwischenschaltung eines Energiewandlers, wie im Folgenden noch erläutert werden wird, angeschlossen sein. Je nach gewünschter Fehlertoleranz kann auf diese Weise eine Mehrzahl von nahezu rückwirkungsfreien Sicherheitsversorgungsanschlüssen realisiert werden.
Um die eingangs genannten Sicherheitsanforderungen erreichen zu können, ist vorliegend eine Minimalkonfiguration vorgesehen, bei der jede Teilbatterie eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist, wobei die Fahrzeugbatterie 54 wenigstens zwei Teilbatterien 26, 28 (Fig. 3) aufweist. Die Versorgung von weiteren elektrischen Einrichtungen 16, 86 mit elektrischer Energie, die nicht sicherheitsrelevant sind, erfolgt vorliegend rückwirkungsfrei über die Batterieschaltelemente 18. Die elektrischen Einrichtungen 16 sind für den Betrieb mit Hochvolt ausgelegt und unmittelbar am Hochvoltanschluss der Fahrzeugbatterie 54 angeschlossen, wohingegen die elektrischen Einrichtungen 86 für den Betrieb mit Niedervolt ausgelegt sind. Die elektrischen Einrichtungen 86 sind über einen DC/DC-Wandler 72 mit dem Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt. Die Batterieschaltelemente 18 steuern daher unter anderem indirekt auch den konventionellen Versorgungsanschluss 46, an den die elektrischen Einrichtungen 86 angeschlossen sind.
Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, dass ein Sicherheitsversorgungsanschluss 42 unmittelbar an die Teilbatterie 34 angeschlossen ist. Der Sicherheitsversorgungsanschluss 42 ist somit unterbrechungsfrei an die Teilbatterie 34 angeschlossen, das heißt, das zwischen dem Sicherheitsversorgungsanschluss 42 und der Teilbatterie 34 keine elektrische Trennung mittels der Batterieschaltelemente 18 vorgesehen ist. Ferner ist ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss 44 in gleicher Weise unterbrechungsfrei beziehungsweise unmittelbar mit der Teilbatterie 28 angeschlossen. Bei den Sicherheitsversorgungsanschlüssen 42, 44 handelt es sich um Versorgungsanschlüsse, bei denen bezüglich der Verfügbarkeit nach ASIL-D sicherheitsrelevante Funktionen über zwei unabhängige redundante Versorgungspfade realisiert sein können.
Fig. 3 zeigt eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer ersten Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, bei dem die zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 aus voneinander unterschiedlichen Teilbatterien 26, 28 der Hochvoltbatterie 54 gemäß Fig. 1 mit elektrischer Energie versorgt sind. An jedem der Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 ist ferner eine Versorgungsbatterie 64, 66 angeschlossen, mittels der eine Ruhestromversorgung der an den jeweiligen
Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 angeschlossenen elektrischen Einrichtungen 14 realisiert werden kann. Bei dieser Ausgestaltung ist unter anderem vorgesehen, dass der Sicherheitsversorgungsanschluss 42 über einen unidirektionalen DC/DC-Wandler 68 als Energiewandler mit der Teilbatterie 26 elektrisch gekoppelt ist. Der Sicherheitsversorgungsanschluss 44 ist über einen unidirektionalen DC/DC-Wandler 70 an die Teilbatterie 28 angeschlossen. Beide Energiewandler 68, 70 sind als galvanisch getrennte Energiewandler ausgebildet, sodass die entsprechenden Teilbatterien 24, 26 voneinander elektrisch getrennt sind, obwohl die beiden Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 sekundärseitig das gleiche elektrische Bezugspotential wie auch der konventionelle Versorgungsanschluss 46 nutzen. Eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilbatterien 24, 26 über die DC/DC-Wandler 68, 70 und das sekundärseitige Bezugspotential kann dadurch vermieden werden. Dies erlaubt es, für die Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 nahezu jede beliebige Paar von Teilbatterien der Fahrzeugbatterie 54 zu nutzen. Eine Energieversorgung der Steuereinheit 22 erfolgt redundant aus den Sicherheitsversorgungsanschlüssen 42, 44 über Dioden 76, 78, die zu einem jeweiligen Schaltelement 80, 82 in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann bei Bedarf die zur Sicherstellung der rückwirkungsfreien Trennung der einzelnen Teilbatterien 26, 28 notwendige Steuerung der Batterieschaltelemente 18, 20 gemäß ASIL-D sichergestellt werden. Optional können die pro Pfad eingesetzten Versorgungsbatterien 64, 66 die sicherheitsrelevanten
Energiequellen beziehungsweise Teilbatterien 26, 28 in der Versorgung unterstützen.
Ferner ist an die Fahrzeugbatterie 54 eine Koppeleinrichtung 10 unterbrechungsfrei angeschlossen, an die auch die ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 angeschlossen sind. Die
Koppeleinrichtung 10 ist ausgebildet, den ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 abhängig von einem
Kopplungszustand der Koppeleinrichtung 10 jeweils mit genau einer der Teilbatterien 26, 28 elektrisch zu koppeln. Die Kopplung erfolgt hier über die DC/DC-Wandler 68, 70 entsprechend. Das heißt, die Koppeleinrichtung 10 umfasst auch die DC/DC-Wandler 68, 70.
Zum Zwecke der Energieübertragung können - wie im Folgenden noch weiter erläutert werden wird - Stromverteilervorrichtungen eingesetzt werden, die konventionelle Elemente wie Schmelzsicherungen, hybridische Elemente wie Schmelzsicherungen plus ergänzende Elektronik wie zum Beispiel Relais, Halbleiterschaltelemente, PTE oder dergleichen, oder auch vollelektronisch realisiert sein können. Dabei können die Stromverteilervorrichtungen sowie auch die elektrischen Einrichtungen aus unterschiedlichen Versorgungsanschlüssen 42, 44 versorgt werden. Eine Rückwirkungsfreiheit an den Versorgungsanschlüssen 42, 44 kann dabei durch die
Stromverteilervorrichtung oder auch die elektrische Einrichtung selbst sichergestellt werden, beispielsweise über rückwirkungsfreie Trennelemente, eine durchgängige Potentialtrennung und/oder dergleichen. Die beiden Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 können optional über ein erstes Verbindungsschaltelement 60 miteinander abhängig von dessen Schaltzustand elektrisch gekoppelt werden. Nicht bezüglich der Verfügbarkeit sicherheitsrelevante elektrische Einrichtungen, wie zum Beispiel eine Sitzheizung, eine Navigationseinrichtung, ein Radio und/oder dergleichen, sind vorzugsweise als elektrische Einrichtungen 86 am konventionellen Versorgungsanschluss 46 angeschlossen. Sie können über ein rückwirkungsfrei trennbares Verbindungsschaltelement 48 mit einem der beiden Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 elektrisch verbunden sein. Vorliegend ist vorgesehen, dass eine derartige elektrische Verbindung zum Sicherheitsversorgungsanschluss 44 besteht. Das Verbindungsschaltelement 48 wird vorzugsweise in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet, bevor eine sicherheitskritische Unterspannung oder Überspannung durch eine elektrische Einrichtung 86 am konventionellen Versorgungsanschluss 46 bewirkt werden kann.
An den Batterieschaltelementen 18 ist vorliegend ferner ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 72 angeschlossen, der den konventionellen Versorgungsanschluss 46 bereitstellt, an dem zumindest teilweise auch die elektrischen Einrichtungen 86 angeschlossen sein können. Optional kann an dem konventionellen Versorgungsanschluss 46 mittels des Energiewandlers 72 Niedervolt bereitgestellt werden.
Die DC/DC-Wandler 68, 70, 72 dienen vorliegend dazu, auf ihrer Unterspannungsseite eine Gleichspannung von etwa 12 V bereitzustellen, sodass bei einer Kopplung über eines der Verbindungsschaltelemente 60, 48 keine Spannungswandlung erforderlich ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 für eine zweite Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, bei dem die Versorgungsbatterie 64 eingespart ist. Die Funktion des Bordnetzes 52 gemäß Fig. 4 basiert auf der Funktion des Bordnetzes 52 gemäß Fig. 3, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede erläutert. Das Bordnetz 52 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich vom Bordnetz 52 gemäß Fig. 3 dadurch, dass das zweite Verbindungsschaltelement 60, welches bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 lediglich optional vorhanden sein kann, bei dieser Ausgestaltung obligatorisch vorhanden ist. Dadurch kann eine Ruhestromversorgung der elektrischen Einrichtungen 14, die am ersten Sicherheitsversorgungsanschluss 42 angeschlossen sind, über die Versorgungsbatterie 66 realisiert werden, sodass die Versorgungsbatterie 64 gemäß der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 eingespart werden kann, ohne dass Sicherheitseinbußen beziehungsweise Zuverlässigkeitseinbußen hinzunehmen wären.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 4 eine dritte Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, die auf der zweiten Ausgestaltung des Bordnetzes 52 gemäß Fig. 4 basiert. Die Ausgestaltung des Bordnetzes 52 gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausgestaltung des Bordnetzes 52 gemäß Fig. 4 dadurch, dass das zweite Verbindungsschaltelement 60 nicht mehr vorgesehen ist. Eine Ruhestromversorgung der elektrischen Einrichtungen 14, die am Sicherheitsversorgungsanschluss 44 angeschlossen sind, kann bei dieser Variante entweder über die Teilbatterie 24 und den DC/DC-Wandler 68 erfolgen oder aber sie kann bei kaltstartoptimierten elektrischen Einrichtungen 14 komplett entfallen. Ein Start der
Energieversorgung am ersten Sicherheitsversorgungsanschluss 42 kann in diesem Fall durch die Teilbatterie 24 bei einem Start des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Fig. 6 zeigt in einer weiteren schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 eine vierte Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, bei dem einer der zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44, vorliegend der Sicherheitsversorgungsanschluss 42, aus einem Energiewandler 74 redundant von zwei Teilbatterien 26, 28 versorgt werden kann. Der andere der zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse 44 ist über das erste Verbindungsschaltelement 60 mit dem anderen
Sicherheitsversorgungsanschluss 42 elektrisch gekoppelt. Darüber hinaus ist am Sicherheitsversorgungsanschluss 44 die Versorgungsbatterie 66 angeschlossen.
Der Energiewandler beziehungsweise DC/DC-Wandler 74 verfügt vorliegend über eine Sicherheitsintegrität gemäß ASIL-x(D). Zu diesem Zweck ist der DC/DC-Wandler 74 sowohl an die Teilbatterie 26 als auch an die Teilbatterie 28 angeschlossen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Energieversorgung für den Sicherheitsversorgungsanschluss 42 je nach Betriebszustand des DC/DC-Wandlers 74 entweder durch die Teilbatterie 26 oder durch die Teilbatterie 28 zu realisieren. Natürlich kann auch eine gemeinsame Energieversorgung aus beiden Teilbatterien 26, 28 gleichzeitig vorgesehen sein. Dies kann durch die Steuereinheit 22 gesteuert werden. Vorzugsweise ist der DC/DC-Wandler 74 als galvanisch getrennter Energiewandler ausgebildet, sodass die elektrischen Potentiale am DC/DC-Wandler 74 primärseitig sowie auch sekundärseitig voneinander getrennt sein können. Dem Grunde nach kann jedoch auch eine Schaltungsstruktur vorgesehen sein, die es erlaubt, die galvanische Trennung einzusparen.
Über das zweite Verbindungsschaltelement 60 kann zugleich auch der Sicherheitsversorgungsanschluss 44 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 sind diesbezüglich mittels des zweiten Verbindungsschaltelements 60 parallelschaltbar. Darüber hinaus ist der zweite Sicherheitsversorgungsanschluss 44 auch mittels des Verbindungsschaltelements 62 mit dem konventionellen Versorgungsanschluss 46 elektrisch koppelbar. Darüber hinaus ist vorliegend vorgesehen, dass über den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss 44 auch eine Energieversorgung für die Steuereinheit 22 sowie eine Energiewandlersteuerung des DC/DC-Wandlers 74 gewährleistet werden kann. Die Energieversorgung ist jedoch vorliegend über den ersten Sicherheitsversorgungsanschluss 42 vorgesehen.
Im Übrigen gelten bezüglich der Energieverteilung und der angeschlossenen elektrischen Einrichtungen die weiteren vorgenannten Ausführungen, wie sie zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bereits erläutert wurden, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Dies gilt insbesondere für die elektrischen Einrichtungen 14, die an die Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 angeschlossen sind. Durch das zweite Verbindungsschaltelement 60 kann ferner ein Aufladen der Versorgungsbatterie 66 sowie auch eine Ruhestromversorgung der elektrischen Einrichtungen, die am Sicherheitsversorgungsanschluss 42 angeschlossen sind, erreicht werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 6 für eine fünfte Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, bei der das zweite Verbindungsschaltelement 60 nicht vorgesehen ist beziehungsweise eingespart ist. Eine Ruhestromversorgung der am ersten Sicherheitsversorgungsanschluss 42 angeschlossenen elektrischen Einrichtungen 14 kann bei dieser Ausgestaltung entweder über den DC/DC- Wandler 74 erreicht werden oder kann bei kaltstartoptimierten elektrischen Einrichtungen 14 vollständig entfallen, wie dies bereits anhand von Fig. 5 erläutert wurde, weshalb diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
Fig. 8 zeigt in einer weiteren schematischen Blockschaltbilddarstellung wie Fig. 3 eine sechste Ausgestaltung eines Bordnetzes 52, bei dem eine Stromverteilervorrichtung 58 vorgesehen ist. Das Bordnetz 52 weist hier eine Koppeleinrichtung 40 auf, die ihrerseits eine Stromverteilervorrichtung 58 aufweist, die mit den zwei Teilbatterien 26, 28 elektrisch gekoppelt ist. Die Stromverteilervorrichtung 58 stellt den ersten und den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 sowie den konventionellen
Versorgungsanschluss 46 bereit, so wie sie bereits zuvor zu den vorhergehenden Beispielen erläutert wurde. Die Stromverteilervorrichtung 58 weist ihrerseits eine nicht dargestellte Koppeleinheit zum elektrischen Koppeln der Anschlüsse 42, 44, 46 sowie für jede der zwei Teilbatterien 26, 28 jeweils ein Quellenschaltelement auf, das ausgebildet ist, die jeweilige Teilbatterie 26, 28 mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln. Die Stromverteilervorrichtung 58 weist ein Versorgungsschaltelement für jeden der Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 auf, das ausgebildet ist, den jeweiligen
Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln. Die Koppeleinheit kann zu diesem Zweck zum Beispiel wenigstens eine Stromschiene, elektrische Leitungen und/oder dergleichen aufweisen. Natürlich können auch entsprechende elektrische Leitungen von der Koppeleinheit umfasst sein. Durch eine geeignete Schaltungsstruktur und die entsprechenden Schaltelemente kann erreicht werden, dass zum Beispiel der DC/DC-Wandler 68 entweder mit dem Sicherheitsversorgungsanschluss 42 oder mit dem Sicherheitsversorgungsanschluss 44 verbunden werden kann. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass beide
Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 hiermit verbunden sein können. Das Gleiche gilt dem Grunde nach auch für den DC/DC-Wandler 70. Darüber hinaus können ergänzende Schaltelemente vorgesehen sein, um zusätzlich oder alternativ eine Energieversorgung für den konventionellen
Versorgungsanschluss 46 bereitstellen zu können. Optional können an den Sicherheitsversorgungsanschlüssen 42, 44 natürlich auch die
Versorgungsbatterien 64, 66 angeschlossen sein, so wie dies anhand des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 bereits erläutert worden ist. Der jeweilige DC/DC-Wandler 68, 70 kann hinsichtlich seiner eigenen Steuerung aus dem jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss 42, 44 realisiert sein.
Es kann also eine redundante Energieversorgung der Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 erreicht werden, um bei Bedarf die zur Sicherstellung der rückwirkungsfreien Trennung der einzelnen
Teilbatterien 26, 28 notwendige Aktuierung der internen Schaltelemente gemäß ASIL-D sicherstellen zu können.
Zur Energieversorgung wird vorzugsweise ein sicherheitsrelevanter Hauptstromverteiler eingesetzt, der ausgehend von den beiden Teilbatterien 26, 28 die elektrische Energie beziehungsweise elektrische Leistung auf die Sicherheitsversorgungsanschlüsse 42, 44 sowie den konventionellen Versorgungsanschluss 46 verteilen kann. Dabei kann eine ASIL-D- Komposition bezüglich der Energiebereitstellung aus den sicherheitsrelevanten Sicherheitsversorgungsanschlüssen 42, 44 mit ASIL- x(D) und ASIL-D-x(D) von einer notwendigen Dekomposition der zu versorgenden sicherheitsrelevanten elektrischen Einrichtungen 14 entkoppelt werden, und zwar gemäß ASIL-y(D) und ASIL-D-y(D).
Insgesamt kann vorgesehen sein, dass bei zusätzlichen Sicherheitsversorgungsanschlüssen gegebenenfalls weitere Potentialverteiler eingesetzt werden können, wie sie bereits zuvor erläutert worden sind. Bezüglich der an die Sicherheitsversorgungsanschlüsse angeschlossenen elektrischen Einrichtungen 14 wird auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen.
Eine gegebenenfalls erforderliche Ruhestromversorgung kann durch einen beispielsweise ruhestromoptimierten Energiespeicher wie der Versorgungsbatterie 64, 66 oder auch durch eine am konventionellen Versorgungsanschluss 46 angeschlossene Versorgungsbatterie 84 erfolgen. Bezüglich der weiteren Eigenschaften dieser Schaltung wird auf die vorhergehenden Ausführungen ergänzend verwiesen.
Aus den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ergibt sich, wie unter Nutzung einer vorgegebenen Sicherheitsschaltungsstruktur eine erhöhte Sicherheit bei der elektrischen Energieversorgung von sicherheitsrelevanten elektrischen Einrichtungen bei Kraftfahrzeugen erreicht beziehungsweise sogar verbessert werden kann.
Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Bordnetz (52) für ein Kraftfahrzeug (50), mit einer wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) aufweisenden Fahrzeugbatterie (54) sowie wenigstens einem mit der Fahrzeugbatterie (54) derart elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss (46), dass die Fahrzeugbatterie (54) am wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) bereitstellt, gekennzeichnet durch eine an die Fahrzeugbatterie (54) angeschlossene Koppeleinrichtung (10, 40) sowie wenigstens einen ersten und einen zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44), wobei die
Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) an die Koppeleinrichtung (10, 40) angeschlossen sind, wobei die Koppeleinrichtung (10, 40) ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem
Kopplungszustand der Koppeleinrichtung (10, 40) jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch zu koppeln.
Bordnetz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Verbindungsschaltelement (48), welches einerseits mit dem ersten oder dem zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) und andrerseits mit dem wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, den jeweiligen ersten oder zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem
Schaltzustand des ersten Verbindungsschaltelements (48) mit dem konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrisch zu koppeln.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10, 40) eine Stromverteilervorrichtung (58) aufweist, die mit den wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch gekoppelt ist und die den wenigstens einen ersten und einen zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) sowie den wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss (46) bereitstellt, wobei die Stromverteilervorrichtung (58) eine Koppeleinheit zum elektrischen Koppeln der Anschlüsse (42, 44, 46) sowie für jede der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) jeweils ein Quellenschaltelement aufweist, das ausgebildet ist, die jeweilige Teilbatterie (26, 28) mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln, wobei die Stromverteilervorrichtung (58) ein Versorgungsschaltelement für jeden der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) aufweist, das ausgebildet ist, den jeweiligen Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) mit der Koppeleinheit abhängig von einem Schaltzustand elektrisch zu koppeln.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit dem ersten und dem zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) elektrisch gekoppeltes zweites Verbindungsschaltelement (60), welches ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem Schaltzustand des zweiten Verbindungsschaltelements (60) elektrisch zu koppeln.
Bordnetz (52) für ein Kraftfahrzeug (50), mit einer wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) aufweisenden Fahrzeugbatterie (54) sowie wenigstens einem mit der Fahrzeugbatterie (54) derart elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss (46), dass die Fahrzeugbatterie (54) am wenigstens einen konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) bereitstellt, gekennzeichnet durch eine an die Fahrzeugbatterie (54) angeschlossene Koppeleinrichtung (30) sowie wenigstens einen ersten und einen zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44), die an die Koppeleinrichtung (30) angeschlossen sind, wobei die Koppeleinrichtung (30) ein drittes Verbindungsschaltelement (62) aufweist und ausgebildet ist, den einen ersten oder zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung (30) mit einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch zu koppeln und den jeweils wenigstens einen anderen der
Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) abhängig von einem Schaltzustand des dritten Verbindungsschaltelements (62) über das dritte Verbindungsschaltelement (62) mit dem konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrisch zu koppeln.
6. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem der wenigstens zwei Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) eine
Versorgungsanschlussbatterie (64, 66) angeschlossen ist.
7. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10, 30, 40) wenigstens einen Energiewandler (68, 70, 74) aufweist, der wenigstens einen der Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) mit der Teilbatterie (26, 28) elektrisch koppelt.
8. Bordnetz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Energiewandler (74) elektrisch getrennt an wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) angeschlossen ist.
9. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10, 30, 40) an die Fahrzeugbatterie (54) unterbrechungsfrei angeschlossen ist.
10. Kraftfahrzeug (50) mit einem Bordnetz (52), dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
11. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (52) für ein Kraftfahrzeug (50), bei dem von einer Fahrzeugbatterie (54) des Bordnetzes (52), die wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) aufweist, an einem mit der Fahrzeugbatterie (54) elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss (46) des Bordnetzes (52) elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) des Bordnetzes (52) über eine an die Fahrzeugbatterie (54) angeschlossene Koppeleinrichtung (10, 40) des Bordnetzes (52) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die Koppeleinrichtung (10, 40) den wenigstens einen ersten und zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung (10, 40) jeweils mit genau einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch koppelt.
12. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (52) für ein Kraftfahrzeug (50), bei dem von einer Fahrzeugbatterie (54) des Bordnetzes (52), die wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) aufweist, an einem mit der
Fahrzeugbatterie (54) elektrisch gekoppelten konventionellen Versorgungsanschluss (46) des Bordnetzes (52) elektrische Energie von mehr als einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster und ein zweiter Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) des Bordnetzes (52) über eine an die Fahrzeugbatterie (54) angeschlossene Koppeleinrichtung (30) des Bordnetzes (52) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die Koppeleinrichtung (30) den ersten oder den zweiten Sicherheitsversorgungsanschluss (42, 44) abhängig von einem Kopplungszustand der Koppeleinrichtung (30) mit einer der wenigstens zwei Teilbatterien (26, 28) elektrisch koppelt und den jeweils wenigstens einen anderen der Sicherheitsversorgungsanschlüsse (42, 44) abhängig von einem Schaltzustand eines dritten Verbindungsschaltelements (62) der Kopplungseinrichtung (30) über das dritte Verbindungsschaltelement (62) mit dem konventionellen Versorgungsanschluss (46) elektrisch koppelt.
PCT/EP2022/070496 2021-07-21 2022-07-21 Bordnetz und verfahren zu seinem betrieb WO2023001968A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280051350.3A CN117715801A (zh) 2021-07-21 2022-07-21 车载电网及用于运行车载电网的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021118869.5A DE102021118869A1 (de) 2021-07-21 2021-07-21 Bordnetz und Verfahren zu seinem Betrieb
DE102021118869.5 2021-07-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023001968A1 true WO2023001968A1 (de) 2023-01-26

Family

ID=82850640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/070496 WO2023001968A1 (de) 2021-07-21 2022-07-21 Bordnetz und verfahren zu seinem betrieb

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117715801A (de)
DE (1) DE102021118869A1 (de)
WO (1) WO2023001968A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005039104A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Robert Bosch Gmbh Bordnetz eines Hybridfahrzeugs mit sicherheitskritischen Verbrauchern
DE102005038746A1 (de) 2005-08-16 2007-03-01 Ford-Werke Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug
DE102012003309A1 (de) 2012-02-18 2013-08-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems
WO2018163751A1 (ja) * 2017-03-08 2018-09-13 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電源部の制御装置及び車載用電源装置
CN109130862A (zh) * 2017-06-28 2019-01-04 保时捷股份公司 用于车辆的安全型能量供应装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005004330A1 (de) 2005-01-31 2006-08-10 Robert Bosch Gmbh Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher
DE102013225020A1 (de) 2013-12-05 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Bordnetz zur fehlertoleranten und redundanten Versorgung
DE102015200124A1 (de) 2015-01-08 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Versorgen mindestens eines Verbrauchers
DE102018100746B4 (de) 2018-01-15 2024-01-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Fehlertolerantes Batteriespeichersystem und Bordnetz
JP7102773B2 (ja) 2018-02-22 2022-07-20 トヨタ自動車株式会社 車両用電源システム
JP7103071B2 (ja) 2018-08-30 2022-07-20 トヨタ自動車株式会社 車両用電源システム
DE102019007956A1 (de) 2019-10-24 2021-04-29 Daimler Ag Elektronisches Spannungsversorgungssystem

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005038746A1 (de) 2005-08-16 2007-03-01 Ford-Werke Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug
DE102005039104A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Robert Bosch Gmbh Bordnetz eines Hybridfahrzeugs mit sicherheitskritischen Verbrauchern
DE102012003309A1 (de) 2012-02-18 2013-08-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Energiesystems
WO2018163751A1 (ja) * 2017-03-08 2018-09-13 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電源部の制御装置及び車載用電源装置
CN109130862A (zh) * 2017-06-28 2019-01-04 保时捷股份公司 用于车辆的安全型能量供应装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021118869A1 (de) 2023-01-26
CN117715801A (zh) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017101369B4 (de) Energieversorgungssystem für sicherheitsrelevante systeme in einem kraftfahrzeug
EP3137343B1 (de) Vorrichtung und zum verbinden eines basis-bordnetzes mit einem insbesondere sicherheitsrelevanten teilnetz
WO2016110353A1 (de) Verfahren zum versorgen mindestens eines verbrauchers in einem bordnetz und bordnetz
DE102018210943B4 (de) Bordnetz für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug
WO2015082113A1 (de) Bordnetz zur fehlertoleranten und redundanten versorgung
EP3022432B1 (de) Elektronische sicherheitsabschaltung für kraftfahrzeuge
WO2006099984A1 (de) Stromversorgungsschaltung für ein kraftfahrzeug mit hochsicherheitsrelevanten elektrischen verbrauchern
EP3137342A1 (de) Vorrichtung zur versorgung zumindest eines verbrauchers
EP1241768A2 (de) Anordnung und Verfahren zum Schutz eines Mehrspannungsbordnetzes gegen Spannungsüberschläge zwischen verschiedenen Spannungsebenen sowie gegen Verpolung von aussen
DE102015012944B4 (de) Betrieb einer Kraftfahrzeugkomponente bei Ausfall eines puffernden Energiespeichers
EP3759782A1 (de) Batterieanschluss für fahrzeugbordnetz
DE10317362B4 (de) Fahrzeugbordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes
WO2014023375A1 (de) Kraftwagen mit robuster niedervolt-spannungsversorgung
DE102014221281A1 (de) Fahrzeug-Bordnetz mit hoher Verfügbarkeit
EP3934941A1 (de) Energienetz für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben eines energienetzes für ein kraftfahrzeug
DE102017218252A1 (de) Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, Bordnetzanordnung und Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung für ein Kraftfahrzeug
DE102018221201B4 (de) Kraftfahrzeug-Steuergerät mit mehreren Versorgungsanschlüssen für eine redundante Spannungsversorgung sowie Kraftfahrzeug mit dem Steuergerät und Verfahren zum Betreiben des Steuergeräts
DE19922408A1 (de) Bus-System mit bei Störungen automatisch abschaltbaren Teilnetzen
DE102019214720A1 (de) Steuereinrichtung für ein Fahrzeug
DE102019209026A1 (de) Bordnetz und Leistungsmodul für ein solches
WO2023001968A1 (de) Bordnetz und verfahren zu seinem betrieb
EP3797461B1 (de) Elektrische bordnetzvorrichtung zum versorgen von zumindest zwei elektrischen verbrauchern in einem kraftfahrzeug sowie kraftfahrzeug, umschaltvorrichtung und verfahren zum betreiben einer bordnetzvorrichtung
DE102021109345A1 (de) Trennschaltung zur reversiblen galvanischen Trennung eines Verbrauchers von einer Gleichspannungsquelle
WO2023001947A1 (de) Stromverteilervorrichtung und kraftfahrzeug
DE102020115692A1 (de) Bordnetz für ein Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22753701

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022753701

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022753701

Country of ref document: EP

Effective date: 20240221