WO2025224082A1 - Fahrzeugbordnetz und verbrennerfahrzeug mit einem derartigen fahrzeugbordnetz - Google Patents

Fahrzeugbordnetz und verbrennerfahrzeug mit einem derartigen fahrzeugbordnetz

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WO2025224082A1
WO2025224082A1 PCT/EP2025/060891 EP2025060891W WO2025224082A1 WO 2025224082 A1 WO2025224082 A1 WO 2025224082A1 EP 2025060891 W EP2025060891 W EP 2025060891W WO 2025224082 A1 WO2025224082 A1 WO 2025224082A1
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electrical system
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Rainer Knorr
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle electrical system for an internal combustion engine vehicle, as well as an internal combustion engine vehicle with such a vehicle electrical system.
  • Vehicles typically have an electrical system that supplies the vehicle's electrical components with energy/power. These components are usually low-voltage devices, operating on a low-voltage electrical system voltage ranging from 5V to 16V.
  • Low-voltage consumers such as lights, turn signals, fans, control units, air conditioning, heating, etc.
  • the energy for these low-voltage consumers can come from a dedicated onboard battery.
  • This battery is typically charged by the vehicle's charging system, which could be an alternator or a starter-generator.
  • the energy or power supplied by the battery is then usually distributed throughout the vehicle by a power distribution unit.
  • the situation is different when the vehicle is in park mode, for example.
  • park mode it is best if all non-critical loads and low-voltage consumers are switched off, and only the critical loads (key-off loads) are supplied by the vehicle's electrical system.
  • Critical low-voltage consumers include, for example, the immobilizer, alarm system, GPS tracker, cameras, access control, and the like.
  • the object of the present invention is therefore to provide a vehicle electrical system and an internal combustion engine vehicle with such a vehicle electrical system, with which, in particular in parking mode, an energy-saving and simple supply of critical loads or critical low-voltage consumers can be ensured.
  • a vehicle electrical system for an internal combustion engine vehicle comprising an on-board battery and a charging unit for charging the on-board battery, wherein the on-board battery provides a first low-voltage on-board voltage, in particular a 48V on-board voltage.
  • the vehicle electrical system includes: a power distribution unit for distributing electrical energy or electrical power within the vehicle electrical system; a low-voltage DC power supply that can be connected to or is connected to the power distribution unit, wherein the low-voltage DC power supply is configured to provide a second low-voltage on-board voltage, which is in a range below the first low-voltage on-board voltage and in particular in a range of 5V to 16V; a control unit which is connected to the energy distribution unit and is designed to provide, in a first vehicle state, in particular a ferry operation of the vehicle, the first low-voltage on-board voltage provided by the on-board battery to low-voltage consumers such as turn signals, tailgate, A/C, ECUs, steering, lights, fan of the vehicle on-board network, and in a second vehicle state, in particular a parking mode of the vehicle, only to provide the second low-voltage on-board voltage provided by the low-voltage DC voltage source to the low-voltage consumers.
  • a power distribution unit for distributing electrical energy or
  • the present invention is based, at least in part, on the realization that supplying power to key-off loads in park mode is resource-intensive.
  • a low-voltage DC power source that provides a second low-voltage on-board voltage, which is in a range below the first low-voltage on-board voltage provided by the vehicle's battery.
  • the low-voltage DC power source is designed to supply energy/power only to the critical low-voltage consumers in the second vehicle state.
  • a control unit detects whether the vehicle is in a first vehicle state, which may be, in particular, the vehicle being driven, or in a second vehicle state, which may be, in particular, the vehicle being parked.
  • the control unit ensures that the low-voltage consumers are supplied with the (first) low-voltage on-board voltage as usual. However, if the vehicle is in the second vehicle state, the low-voltage consumers, and in particular the key-off loads of the vehicle's electrical system, are supplied only by the voltage provided by the battery. The second low-voltage on-board voltage is supplied by the low-voltage DC voltage source.
  • the low-voltage DC power source is a DC-DC converter that is connected or connectable to the vehicle's electrical system battery and is designed to convert the first low-voltage system voltage provided by the battery into a second low-voltage system voltage.
  • the DC-DC converter can also be referred to as a micro-DC-DC converter. This DC-DC converter takes over the function of the separate battery.
  • the DC-DC converter is connected or connectable to the vehicle's electrical system battery and provides a low-voltage system voltage sufficient to power the key-off loads.
  • the DC-DC converter is designed for a maximum power output of 15 watts, preferably a maximum of 10 watts, and even more preferably a maximum of 5 watts.
  • This preferred embodiment is based on the understanding that the DC-DC converter needs to provide significantly less power because it only has to supply the key-off loads.
  • the micro-DC-DC converter requires little installation space, is easy to control, and is cost-effective.
  • the low-voltage DC voltage source is connected to the power distributor via a diode, and the low-voltage DC voltage source provides the second low-voltage on-board voltage in both the first and second vehicle states, whereby the diode is designed such that in the first vehicle state, the first low-voltage on-board voltage provided by the on-board battery is not present at the low-voltage DC voltage source, or no current can flow into the low-voltage DC voltage source.
  • each low-voltage consumer can be connected to a converter, for example, a converter located in a zone control unit or zone controller of the vehicle's electrical system.
  • This converter typically comprises a half-bridge with a high-side transistor circuit and a low-side transistor circuit.
  • This converter which is usually already present in zonal electrical system architectures, can selectively supply either the first or the second low-voltage electrical system voltage to the low-voltage consumers.
  • control unit is controllably connected to such converters in such a way that, in the first vehicle state, i.e., the vehicle state in which the low-voltage consumers are supplied with the first low-voltage on-board voltage, the high-side transistor circuit and the low-side transistor circuit are controlled in such a way that the low-voltage consumers can only be supplied with the first low-voltage on-board voltage, and that, in the second vehicle state, i.e., the vehicle state in which the low-voltage consumers are to be supplied with the second low-voltage on-board voltage (namely from the micro-DCDC converter), the low-side transistor circuit is opened and the high-side transistor circuit is closed, so that the low-voltage consumers can only be supplied with the second low-voltage on-board voltage.
  • first vehicle state i.e., the vehicle state in which the low-voltage consumers are supplied with the first low-voltage on-board voltage
  • the high-side transistor circuit and the low-side transistor circuit are controlled in such a way that the low-voltage
  • the design envisages that in the first vehicle state, the (zone) converters operate as usual as (buck) DC-DC converters, i.e., converting, for example, a 48V vehicle electrical system voltage, supplied by a 48V vehicle battery, into 12V or 5V.
  • the (zone) converters are operated not as converters but as "pass-through” converters, by opening the low-side transistor circuit and closing the high-side transistor circuit.
  • the (zone) converters typically have a coil that exhibits a certain inductance when current flows, this inductance has little or no effect because the coil is supplied with a constant voltage/power. In other words, the loss through the (converter) coil is negligible in the second vehicle state.
  • the preferred embodiment therefore provides for the (zone) converters to be used not as converters but as (pass-through) switches in the second vehicle state. This allows the (zone) converter to be used in both the first and second low-voltage on-board voltage ranges.
  • the power distribution unit typically includes a switching device that acts as an electrical safety device (such as an eFuse), wherein the switching device typically has a first switching state (e.g., "off” or “closed") and a second switching state (e.g., "on” or “open”), and wherein the first switching state is typically assumed in the first vehicle state and the second switching state is typically assumed in the second vehicle state (as a safety function).
  • the control unit is configured such that the first switching state of the switching device is set in the first vehicle state, and that in the In the second vehicle state, the second switching state of the switching device is set.
  • the preferred embodiment provides that the eFuse, which is usually inactive in the first vehicle state, remains in the first switching state, whereas the eFuse, which is usually active in the second vehicle state, is actively switched from the second switching state to the first switching state.
  • the preferred embodiment is based on the understanding that an eFuse, as commonly used in power distribution units as a safety device, can be actively deactivated by the control unit, or actively switched from the second (open) switching state to the first (closed) switching state, when the vehicle is in the second vehicle state and key-off loads still need to be supplied with power.
  • the DC-DC converter is connected to the vehicle's battery in such a way that it provides the second low-voltage system voltage in both the first and second vehicle states.
  • the micro-DC-DC converter is always active and always provides the second low-voltage system voltage, both in the first and second vehicle states (even though it would not be needed in the first state).
  • the micro-DC-DC converter's low power consumption allows for continuous operation without significant losses.
  • the internal combustion engine vehicle has such a vehicle electrical system.
  • the internal combustion engine vehicle has an on-board battery and a charging unit for charging the on-board battery.
  • FIG 1 shows a schematic view of an embodiment of a vehicle electrical system according to the invention
  • FIG 2 shows a schematic view of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention
  • FIG 3 shows a schematic view of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention
  • FIG 4 shows a schematic view of another embodiment of a vehicle electrical system according to the invention
  • FIG 5 shows a schematic view of a possible control of a half-bridge, where the half-bridge is operated as a converter
  • FIG 6 shows a schematic view of another possible control of the half-bridge of FIG 5.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a vehicle 10 with a vehicle electrical system 12.
  • the vehicle 10 is an internal combustion engine vehicle, i.e., a vehicle with an internal combustion engine (not shown).
  • the vehicle 10 has an electrical system battery.
  • the charging unit 14 for charging the on-board battery 13.
  • the vehicle electrical system 12 has several low-voltage consumers 16, which can also be referred to as low-voltage loads or simply loads.
  • Low-voltage consumers 16 are required in the vehicle's electrical system 12 to ensure various functions and/or operations, as is well known to experts. Examples of low-voltage consumers 16 include: immobilizer, alarm system, GPS tracker, cameras, access control, turn signals, tailgate, A/C, ECUs, steering, lights, fans, etc.
  • the vehicle electrical system 12 also includes a power distribution unit 18.
  • This unit 18 typically serves to distribute energy/power within the vehicle electrical system 12.
  • the vehicle electrical system 12 also includes so-called zone controllers 32.
  • the zone controllers 32 are connected to the power distribution unit 18 and, in turn, distribute the energy to the low-voltage consumers 16 connected to the respective zone controller 32. In other embodiments not shown, zone controllers 32 may not be present.
  • the low-voltage consumers 16 are typically supplied with energy/power from the on-board battery 13, with the power provided by the on-board battery 13 being supplied by the charging unit 14.
  • the on-board battery 13 can, for example, provide an initial low-voltage on-board voltage of 24V, 48V, or even 60V.
  • on-board batteries of 24V or 48V are used.
  • the vehicle battery 13 is connected to a switching device 24 of the power distribution unit 18.
  • the switching device 24 functions as a safety device and is, for example, an electronic fuse (eFuse).
  • the switching device 24 can have a first switching state and a second switching state, and it can be switched between these two states.
  • In the first switching state an electrical connection is typically established between the vehicle battery 13 and the power distribution unit 18.
  • the low-voltage consumers 16 can be supplied with electrical energy/power from the vehicle battery 13.
  • an electrical connection between the vehicle battery 13 and the power distribution unit 18 is typically interrupted.
  • the second switching state can be understood as a safety shutdown in the sense of an eFuse function. For example, not all low-voltage consumers 16 should be supplied with electrical power in parking mode. The interruption of the supply to these low-voltage consumers 16 is ensured by the eFuse function.
  • the low-voltage consumers 16 are typically supplied with electrical power provided by the on-board battery 13.
  • the switching device is therefore typically in the first (closed) switching state, so that the electrical connection between the on-board battery 13 and the low-voltage consumers 16 exists.
  • the switching device 24 typically switches to the second (open) switching state according to its eFuse functionality.
  • the low-voltage consumers 16 would not be supplied with electrical power.
  • the vehicle electrical system 12 includes a low-voltage DC power source 25 for this purpose.
  • this is a battery.
  • the low-voltage DC power source 25 provides a second low-voltage electrical system voltage, which is in a range below the first low-voltage electrical system voltage, and in particular in a range of 5 V to 16 V, preferably 12 V.
  • the second low-voltage electrical system voltage is suitable for supplying energy/power to the critical low-voltage consumers 16.
  • the vehicle electrical system 12 also includes a control unit 28, which is connected, among other things, to the power distribution unit 18.
  • the control unit 28 is designed such that, in the first vehicle state, the low-voltage consumers 16 are supplied with the first low-voltage electrical system voltage or power, and in the second vehicle state, the low-voltage consumers 16 are supplied only with the second low-voltage electrical system voltage or power.
  • the switching device 24 will typically be in the first (closed) switching state and the low-voltage consumers 16 will be supplied with the power provided by a DC-DC converter 33. In such a case, the control unit 28 will not change the switching state of the switching device 24.
  • the switching device 24 will typically be in the second (open) switching state, and the low-voltage consumers 16 will typically not be supplied with power.
  • the control unit 28 will control the switching device 24 in such a way that the switching device 24 changes from the second (open) state to the first (closed) state.
  • the low-voltage consumers 16 can then be supplied with power, specifically with the power provided by the low-voltage DC power source 25.
  • the control unit 28 can be a separate control unit or it can be a functional unit within a control unit already existing in the vehicle architecture.
  • a typical vehicle electrical system architecture usually has a master controller, which is schematically indicated by reference numeral 30 in FIG. 1. It is conceivable that the control unit 28 could be integrated into the master controller 30. Other configurations of the control unit 28 are, of course, also possible.
  • zone control units 32 are shown in FIG. 1. These control units, also referred to as zone controllers, supply power to several low-voltage consumers 16. These zone control units 32 are connected to the power distribution unit 18 and may, for example, themselves include further converters 33, such as DC-DC converters 33. These converters 33 convert the vehicle electrical system voltage provided by the power distribution unit 18 into the low-voltage voltage relevant/necessary for the low-voltage consumers 16.
  • a typical low-voltage vehicle electrical system voltage 10 is 48V (because, for example, the vehicle electrical system battery 13 is a 48V battery)
  • the converters 33 of the zone control units 32 would convert this 48V into, for example, 16V, 12V or 5V, depending on the voltages for which the low-voltage consumers 16 are designed.
  • Another aspect of the present invention is therefore to use these converters 33 by means of clever control of the control unit 28 in such a way that the low-voltage consumers 16 can be supplied with electrical power in both the first and second vehicle states.
  • One possibility of control is explained in FIGS. 5 and 6.
  • the embodiment according to FIG. 2 includes a blocking diode 34 between the output of the low-voltage DC power supply 25 and the input of the power distribution unit 18 or the switching device 24.
  • the blocking diode 34 prevents electrical power or current from flowing from the vehicle battery 13 to the low-voltage DC power supply 25 in the first vehicle state. In other words, the diode 34 blocks the electrical path towards the low-voltage DC power supply 25.
  • FIG 3, shows a further embodiment of the vehicle 10 and the vehicle electrical system 12 according to the invention.
  • the low-voltage DC power source is not a battery, but a DC-DC converter 26.
  • the DC-DC converter 26 is connectable to, or already connected to, the vehicle battery 13 and converts the voltage of the vehicle battery 13 into a second low-voltage vehicle system voltage, which is in a range below the first low-voltage vehicle system voltage of the vehicle battery 13, and in particular in a range of 5 V to 16 V, preferably 12 V.
  • the second low-voltage vehicle system voltage is suitable for supplying energy/power to the critical low-voltage consumers 16.
  • the DC-DC converter 26 is designed only for key-off loads.
  • the DC-DC converter 26 is designed for a maximum power output of 15 watts, preferably a maximum of 10 watts, and preferably a maximum of 5 watts.
  • the DC-DC converter 26 has a simple design, is easy to control, is cost-effective, lightweight, and requires little installation space.
  • the DC-DC converter 26 can also be referred to as a micro-DC-DC converter.
  • the DC-DC converter 26 can be connected to the vehicle's electrical system battery 13, so that it always provides power, i.e., in both the first and second vehicle states; the resulting losses are negligible.
  • FIG 4 shows a further embodiment of the vehicle electrical system 12 according to the invention.
  • the embodiment shown in FIG. 4 again includes a blocking diode 34 between the output of the DC-DC converter 26 and the input of the power distribution unit 18 or the switching device 24.
  • the blocking diode 34 prevents electrical power or current from flowing from the vehicle battery 13 into the DC-DC converter 26 in the first vehicle state. In other words, the diode 34 blocks the electrical path towards the DC-DC converter 26.
  • FIGS. 5 and 6 now show schematic parts of the previously mentioned converter 33.
  • the converter 33 typically comprises a half-bridge 36 with a high-side transistor circuit 38 and a low-side transistor circuit 40.
  • An inductor 42 is arranged between the transistor circuits 38 and 40, as is well known to those skilled in the art of such converters.
  • the converter operates as usual, i.e., as a converter that transforms a low-voltage on-board voltage Vin into a low-voltage on-board voltage Vout.
  • FIG. 5 shows the typical case of the first vehicle state, in which the initial low-voltage on-board voltage Vin is 48V in this example. The converter would transform this voltage into the voltage Vout required for the low-voltage consumers, which is 12V in this example.
  • the control unit In the second vehicle state, for example in park mode, the control unit would control the converter differently.
  • An example is shown in FIG. 6.
  • the control unit would, for example, control the converter such that the low-side transistor circuit 40 is open (or interrupted), and the high-side transistor circuit 38 is closed.
  • the converter would not be used as a converter, but as a switch, so that the second low-voltage on-board voltage provided in the second vehicle state by the low-voltage voltage source 25 or the DC-DC converter 26 can be supplied directly (i.e., without conversion) to the low-voltage consumers.
  • the control unit essentially repurposes the existing converter as a switch, so that the low-voltage consumers can be supplied with the required power even in park mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbordnetz (12) für ein Verbrennerfahrzeug (10) mit einer Bordnetzbatterie (13) und einer Ladeeinheit (14) zum Laden der Bordnetzbatterie (13), wobei die Bordnetzbatterie eine erste Niedervoltbordnetzspannung, insbesondere eine 48V-Bordnetzspannung, zur Verfügung stellt, aufweisend: eine Energieverteilungseinheit (18) zum Verteilen von elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugbordnetzes (12), eine Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26), die mit der Energieverteilungseinheit (18) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) dazu ausgebildet ist, eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der ersten Niedervoltbordnetzspannung und insbesondere in einem Bereich von 5V bis 16V liegt, bereitzustellen, und eine Steuereinheit (28), die mit der Energieverteilungseinheit (18) verbunden und dazu ausgebildet ist, in einem ersten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs (10), die von der Bordnetzbatterie (13) zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung Niedervoltverbrauchern (16) des Fahrzeugbordnetzes (12) zur Verfügung zu stellen, und in einem zweiten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Parkmodus des Fahrzeugs (10), nur die von der Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) zur Verfügung gestellte zweite Niedervoltbordnetzspannung den Niedervoltverbrauchern (16) zur Verfügung zu stellen.

Description

Beschreibung
Fahrzeugbordnetz und Verbrennerfahrzeug mit einem derartigen
Fahrzeugbordnetz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugbordnetz für ein Verbrennerfahrzeug, sowie ein Verbrennerfahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugbordnetz.
Fahrzeuge weisen üblicherweise ein Fahrzeugbordnetz auf, welches elektrische Verbraucher des Fahrzeugs mit Energie/Leistung versorgt. Üblicherweise sind diese Verbraucher Niedervoltverbraucher, die mit einer Niedervoltbordnetzspannung in einem Bereich von 5V bis 16V versorgt werden.
Eine Versorgung von Niedervoltverbrauchern wie beispielsweise Licht, Blinker, Lüfter, Steuergeräte, Klimaanlage, Heizung etc im Fährbetrieb eines Fahrzeugs ist unkritisch. Die Energie für die Versorgung der Niedervoltverbraucher kann bspw. bei Verbrennerfahrzeugen aus einer extra dafür vorgesehenen Bordnetzbatterie stammen. Die Bordnetzbatterie wird üblicherweise über eine Ladeeinheit des Fahrzeugs, die bspw. eine Lichtmaschine oder eine Starter-Generator des Fahrzeugs sein kann, geladen. Die von der Bordnetzbatterie zur Verfügung gestellte Energie bzw. Leistung wird dann üblicherweise mittels einer Energieverteilungseinheit (Power Distribution Unit) im Fahrzeug verteilt.
Anders sieht es aus, wenn das Fahrzeug bspw. in einem Parkmodus ist. Im Parkmodus sollen am besten alle unkritischen Lasten bzw. Niedervoltverbraucher abgeschaltet und nur noch die kritischen Lasten (Key-Off Loads) durch das Fahrzeugbordnetz versorgbar sein. Kritische Niedervoltverbraucher sind bspw. Wegfahrsperre, Alarmanlage, GPS Tracker, Kameras, Zugangskontroller und dergleichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Fahrzeugbordnetz sowie ein Verbrennerfahrzeug, mit einem derartigen Fahrzeugbordnetz bereitzustellen, mit dem insbesondere im Parkmodus eine energiesparende und einfache Versorgung kritischer Lasten bzw. kritischer Niedervoltverbraucher gesichert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugbordnetz für ein Verbrennerfahrzeug mit einer Bordnetzbatterie und einer Ladeeinheit zum Laden der Bordnetzbatterie breitgestellt, wobei die Bordnetzbatterie eine erste Niedervoltbordnetzspannung, insbesondere eine 48V-Bordnetzspannung, zur Verfügung stellt. Das Fahrzeugbordnetz weist auf: eine Energieverteilungseinheit zum Verteilen von elektrischer Energie bzw. elektrischer Leistung innerhalb des Fahrzeugbordnetzes; eine Niedervoltgleichspannungsquelle, die mit der Energieverteilungseinheit verbindbar oder verbunden ist, wobei die Niedervoltgleichspannungsquelle dazu ausgebildet ist, eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der ersten Niedervoltbordnetzspannung und insbesondere in einem Bereich von 5V bis 16V liegt, bereitzustellen; eine Steuereinheit, die mit der Energieverteilungseinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, in einem ersten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Fährbetrieb des Fahrzeugs, die von der Bordnetzbatterie zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung Niedervoltverbrauchern wie Blinker, Heckklappe, A/C, ECUs, Lenkung, Licht, Lüfter des Fahrzeugbordnetzes zur Verfügung zu stellen, und in einem zweiten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Parkmodus des Fahrzeugs, nur die von der Niedervoltgleichspannungsquelle zur Verfügung gestellte zweite Niedervoltbordnetzspannung den Niedervoltverbrauchern zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung beruht zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass die Energieversorgung von Key-Off Lasten im Parkmodus aufwendig ist. Um die Versorgung im Parkmodus sicherzustellen, wird vorgeschlagen eine Niedervoltgleichspannungsquelle zu verwenden, die eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der von der Bordnetzbatterie zur Verfügung gestellten ersten Niedervoltbordnetzspannung liegt, bereitstellt. Die Niedervoltgleichspannungsquelle ist dazu ausgelegt, nur die kritischen Niedervoltverbraucher im zweiten Fahrzeugzustand mit Energie/Leistung zu versorgen. Eine Steuereinheit erkennt, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Fahrzeugzustand, der insbesondere ein Fährbetrieb des Fahrzeugs sein kann, oder in einem zweiten Fahrzeugzustand, der insbesondere ein Parkmodus des Fahrzeugs sein kann, befindet. Wenn sich das Fahrzeug in dem ersten Fahrzeugzustand befindet, stellt die Steuereinheit sicher, dass die Niedervoltverbraucher wie gewohnt mit der (ersten) Niedervoltbordnetzspannung versorgt werden. Wenn sich das Fahrzeug allerdings im zweiten Fahrzeugzustand befindet, werden die Niedervoltverbraucher und insbesondere die Key-Off Loads des Fahrzeugbordnetzes nur noch durch die von der Niedervoltgleichspannungsquelle zur Verfügung gestellte zweiten Niedervoltbordnetzspannung versorgt.
Bevorzugt ist die Niedervoltgleichspannungsquelle ein Gleichspannungswandler, der mit der Bordnetzbatterie verbunden oder verbindbar und dazu ausgebildet ist, die von der Bordnetzbatterie zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung in die zweite Niedervoltbordnetzspannung zu wandeln. Der Gleichspannungswandler kann auch als Micro-DCDC bezeichnet werden. Dieser Gleichspannungswandler übernimmt die Aufgabe der separaten Batterie. Der Gleichspannungswandler ist mit der Bordnetzbatterie verbunden bzw. verbindbar und stellt eine Niedervoltbordnetzspannung zur Verfügung, die zur Versorgung der Key-Off Loads ausreichend ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Gleichspannungswandler für eine Leistung von maximal 15 Watt, vorzugsweise maximal 10 Watt, weiter vorzugsweise maximal 5 Watt ausgelegt ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass der Gleichspannungswandler weitaus weniger Leistung zur Verfügung stellen muss, weil er nur die Key-Off Loads zu versorgen hat. Der Micro-DCDC benötigt einen geringen Bauraum, ist leicht anzusteuern und kostengünstig.
Bevorzug ist die Niedervoltgleichspannungsquelle mit einer Diode an den Energieverteiler angeschlossen und stellt die Niedervoltgleichspannungsquelle sowohl im ersten als auch zweiten Fahrzeugzustand die zweite Niedervoltbordnetzspannung zur Verfügung, wobei die Diode derart ausgebildet ist, dass im ersten Fahrzeugzustand die von der Bordnetzbatterie zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung nicht an der Niedervoltgleichspannungsquelle anliegt bzw. kein Strom in die Niedervoltgleichspannungsquelle fließen kann.
In Fahrzeugen mit einer zonalen Fahrzeugbordnetzarchitektur kann der Niedervoltverbraucher jeweils an einen Wandler angeschlossen sein, bspw. an einen Wandler, der sich in einer Zonensteuereinheit bzw. in einem Zone Controller des Fahrzeugbordnetzes befindet, wobei der Wandler typischerweise eine Halbbrücke mit einer high-side-Transistorschaltung und einer low-side-Transistorschaltung aufweist. Dieser Wandler, der üblicherweise bei zonalen Fahrzeugbordnetzarchitekturen ohnehin vorhanden ist, kann grundsätzlich wahlweise entweder die erste Niedervoltbordnetzspannung oder die zweite Niedervoltbordnetzspannung zur Versorgung der Niedervoltverbraucher bereithalten. Die bevorzugte Ausgestaltung sieht nunmehr vor, dass die Steuereinheit mit derartigen Wandlern steuerbar in Verbindung steht und zwar derart, dass in dem ersten Fahrzeugzustand, also in dem Fahrzeugzustand, in dem die Niedervoltverbraucher mit der ersten Niedervoltbordnetzspannung versorgt werden, die high-side-Transistorschaltung und die low-side-Transistorschaltung derart angesteuert werden, dass die Niedervoltverbraucher nur mit der ersten Niedervoltbordnetzspannung versorgbar sind, und dass in dem zweiten Fahrzeugzustand, also in dem Fahrzeugzustand, in dem die Niedervoltverbraucher mit der zweiten Niedervoltbordnetzspannung versorgt werden sollen (und zwar aus dem Micro-DCDC), die low-side-Transistorschaltung geöffnet und die high-side-Transistorschaltung geschlossen wird, sodass die Niedervoltverbraucher nur mit der zweiten Niedervoltbordnetzspannung versorgbar sind. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass im ersten Fahrzeugzustand die (Zonen)Wandler wie üblich als (Buck) DCDC betrieben werden, also bspw. eine 48V Bordnetzspannung, die von bspw. einer 48V-Bordnetzbatterie bereitgestellt wird, in 12V oder 5V wandeln, und dass im zweiten Fahrzeugzustand die (Zonen)Wandler nicht als Wandler sondern als „Durchleiter“ betrieben werden, indem die low-side-Transitorschaltung geöffnet und die high-side-Transistorschaltung geschlossen wird. Zwar weisen die (Zonen) Wandler üblicherweise eine Spule auf, die bei Stromdurchfluss eine gewisse Induktivität hat. Jedoch hat diese Induktivität keine oder nur eine geringe Auswirkung, weil die Spule mit einer konstanten Spannung/Leistung versorgt wird. Mit anderen Worten ist im zweiten Fahrzeugzustand der Verlust durch die (Wandler)Spule vernachlässigbar. Die bevorzugte Ausgestaltung sieht demnach vor, im zweiten Fahrzeugzustand die (Zonen)Wandler nicht als Wandler sondern als (Durch)Schalter zu verwenden. Dadurch kann der (Zonen)Wandler sowohl im ersten als auch im zweiten Niedervoltbordnetzspannungsbereich genutzt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Energieverteilungseinheit (Power Distribution Unit) üblicherweise eine Schalteinrichtung aufweist, die als elektrische Sicherheitseinrichtung (wie beispielweise als eFuse) wirkt, wobei die Schalteinrichtung üblicherweise einen ersten Schaltzustand (beispielsweise „zu“ oder „geschlossen“) und einen zweiten Schaltzustand (beispielsweise „auf“ oder „offen“) aufweist, und wobei der erste Schaltzustand üblicherweise im ersten Fahrzeugzustand eingenommen wird und der zweite Schaltzustand üblicherweise im zweiten Fahrzeugzustand (als Sicherheitsfunktion) eingenommen wird. Die bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass in dem ersten Fahrzeugzustand der erste Schaltzustand der Schalteinrichtung eingestellt ist, und dass in dem zweiten Fahrzeugzustand der zweite Schaltzustand der Schalteinrichtung eingestellt ist. Mit anderen Worten sieht die bevorzugte Ausgestaltung vor, dass die im ersten Fahrzeugzustand üblicherweise inaktive eFuse weiterhin im ersten Schaltzustand verbleibt, wohingegen die im zweiten Fahrzeugzustand üblicherweise aktiv geschaltete eFuse vom zweiten Schaltzustand aktiv in den ersten Schaltzustand geschaltet wird. Die bevorzugte Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass eine eFuse, wie sie üblicherweise in Power Distribution Units als Sicherheitseinrichtung verwendet wird, mittels der Steuereinheit aktiv deaktiviert werden kann, bzw. aktiv vom zweiten (offenen) Schaltzustand in den ersten (geschlossenen) Schaltzustand geschalten werden kann, wenn sich das Fahrzeug im zweiten Fahrzeugzustand befindet und Key-Off Loads weiterhin mit Leistung versorgt werden müssen.
Weiter bevorzugt ist, dass der Gleichspannungswandler mit der Bordnetzbatterie derart verbunden ist, dass der Gleichspannungswandler sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand die zweite Niedervoltbordnetzspannung bereithält. Mit anderen Worten ist der Micro-DCDC immer aktiv und stellt die zweite Niedervoltbordnetzspannung immer zur Verfügung, sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand (obwohl diese im ersten Fahrzeugzustand nicht benötigt werden würde). Die geringe Leistungsaufnahme des Micro-DCDCs ermöglicht einen permanenten Betrieb des Micro-DCDC ohne wesentliche Verluste.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verbrennerfahrzeug vor, das ein derartiges Fahrzeugbordnetz aufweist. Das Verbrennerfahrzeug, weist eine Bordnetzbatterie und eine Ladeeinheit zum Laden der Bordnetzbatterie auf.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes,
FIG 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes,
FIG 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes, FIG 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes,
FIG 5 eine schematische Ansicht einer möglichen Ansteuerung einer Halbbrücke, wobei die Halbbrücke als Wandler betrieben wird, und
FIG 6 eine schematische Ansicht einer weiteren möglichen Ansteuerung der Halbbrücke von FIG 5.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es sei zunächst auf FIG 1 verwiesen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 10 mit einem Fahrzeugbordnetz 12 zeigt. Im konkreten Beispiel von FIG 1 ist das Fahrzeug 10 ein Verbrennerfahrzeug, d.h. ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt). Das Fahrzeug 10 weist eine Bordnetzbatterie
13 und eine Ladeeinheit 14 zum Laden der Bordnetzbatterie 13 auf. Die Ladeeinheit
14 kann eine Lichtmaschine, ein Starter-Generator oder eine andere Ladeeinheit sein.
Das Fahrzeugbordnetz 12 weist mehrere Niedervoltverbraucher 16 auf, die auch als Niedervoltlasten oder kurz Lasten bezeichnet werden können.
Niedervoltverbraucher 16 werden im Fahrzeugbordnetz 12 zur Sicherstellung verschiedener Funktionen und/oder Tätigkeiten benötigt, wie dem Fachmann hinlänglich bekannt ist. Niedervoltverbraucher 16 können bspw. sein: Wegfahrsperre, Alarmanlage, GPS Tracker, Kameras, Zugangskontroller, Blinker, Heckklappe, A/C, ECUs, Lenkung, Licht, Lüfter etc.
Um die Niedervoltverbraucher 16 mit Energie/Leistung zu versorgen, weist das Fahrzeugbordnetz 12 ferner eine Energieverteilungseinheit (Power Distribution Unit) 18 auf. Diese Einheit 18 dient üblicherweise zur Verteilung von Energie/Leistung innerhalb des Fahrzeugbordnetzes 12. Im konkreten Beispiel von FIG 1 weist das Fahrzeugbordnetz 12 zudem sogenannte Zonensteuereinheiten (Zone Controller) 32 auf. Die Zonensteuereinheiten 32 sind mit der Energieverteilungseinheit 18 verbunden und verteilen ihrerseits die Energie an die mit der jeweiligen Zonensteuereinheit 32 verbundenen Niedervoltverbraucher 16. In anderen nicht gezeigten Ausführungsformen können keine Zonensteuereinheiten 32 vorhanden sein. Im Fährbetrieb des Fahrzeugs 10 werden die Niedervoltverbraucher 16 üblicherweise aus der Bordnetzbatterie 13 mit Energie/Leistung versorgt, wobei die von der Bordnetzbatterie 13 zur Verfügung gestellte Leistung von der Ladeeinheit 14 bereitgestellt wird. Je nach verwendeter Architektur und Bordnetzbatterie, kann die Bordnetzbatterie 13 bspw. eine erste Niedervoltbordnetzspannung von 24V, 48V oder sogar 60V zur Verfügung stellen. Derzeit werden Bordnetzbatterien von 24V oder 48V eingesetzt.
Die Bordnetzbatterie 13 ist mit einer Schalteinrichtung 24 der Energieverteilungseinheit 18 verbunden. Die Schalteinrichtung 24 fungiert als Sicherheitseinrichtung und ist beispielsweise eine eFuse. Die Schalteinrichtung 24 kann einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweisen und die Schalteinrichtung 24 ist zwischen beiden Schaltzuständen schaltbar. Im ersten Schaltzustand ist üblicherweise eine elektrische Verbindung zwischen der Bordnetzbatterie 13 und der Energieverteilungseinheit 18 hergestellt. Mit anderen Worten können im ersten Schaltzustand die Niedervoltverbraucher 16 mit elektrischer Energie/Leistung aus der Bordnetzbatterie 13 versorgt werden. Im zweiten Schaltzustand ist üblicherweise eine elektrische Verbindung zwischen der Bordnetzbatterie 13 und der Energieverteilungseinheit 18 unterbrochen. Der zweite Schaltzustand kann als Sicherheitsabschaltung im Sinne einer eFuse-Funktionalität verstanden werden. Beispielsweise sollen im Parkmodus nicht alle Niedervoltverbraucher 16 mit elektrischer Leistung versorgbar sein. Die Unterbrechung der Versorgung dieser Niedervoltverbraucher 16 wird durch die eFuse-Funktionalität sichergestellt.
In einem Fährbetrieb des Fahrzeugs 10, der ein Beispiel für einen ersten Fahrzeugzustand ist, werden üblicherweise die Niedervoltverbraucher 16 mit elektrischer Leistung, die durch die Bordnetzbatterie 13 bereitgestellt wird, versorgt. Im ersten Fahrzeugzustand befindet sich die Schalteinrichtung demnach üblicherweise im ersten (geschlossenen) Schaltzustand, sodass die elektrische Verbindung zwischen Bordnetzbatterie 13 und Niedervoltverbraucher 16 vorhanden ist.
Wenn sich das Fahrzeug aber bspw. in einem Parkmodus, der ein Beispiel für einen zweiten Fahrzeugzustand ist, befindet, ist es üblicherweise so, dass die Schalteinrichtung 24 entsprechend ihrer eFuse-Funktionalität in den zweiten (offenen) Schaltzustand wechselt. In diesem Zustand wären die Niedervoltverbraucher 16 nicht mit elektrischer Leistung versorgbar. Aus sicherheitstechnischen und auch aus anderen Gründen ist es jedoch erforderlich, dass auch im Parkmodus manche Niedervoltverbraucher 16, wie beispielsweise Wegfahrsperre, Alarmanlage, GPS Tracker, Kameras, Zugangskontroller, etc. weiterhin mit Energie/Leistung versorgbar sein müssen. Diese sogenannten Key-Off Loads gilt es zu versorgen.
Wie in FIG 1 gezeigt, weist das Fahrzeugbordnetz 12 hierfür eine Niedervoltgleichspannungsquelle 25 auf. Im Beispiel von FIG 1 ist dies eine Batterie. Die Niedervoltgleichspannungsquelle 25 stellt eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der ersten Niedervoltbordnetzspannung liegt, und insbesondere in einem Bereich von 5V bis 16V, vorzugsweise 12V, liegt, zur Verfügung. Die zweite Niedervoltbordnetzspannung ist geeignet, die kritischen Niedervoltverbraucher 16 mit Energie/Leistung zu versorgen.
Das Fahrzeugbordnetz 12 weist ferner eine Steuereinheit 28 auf, die unter anderem mit der Energieverteilungseinheit 18 verbunden ist. Die Steuereinheit 28 ist so ausgestaltet, dass im ersten Fahrzeugzustand die Niedervoltverbraucher 16 mit der ersten Niedervoltbordnetzspannung bzw. -leistung versorgt werden, und im zweiten Fahrzeugzustand die Niedervoltverbraucher 16 nur mit der zweiten Niedervoltbordnetzspannung bzw. -leistung versorgt werden.
Wenn bspw. ermittelt wurde, dass der erste Fahrzeugzustand vorliegt, wird sich die Schalteinrichtung 24 typischerweise im ersten (geschlossenen) Schaltzustand befinden und werden die Niedervoltverbraucher 16 mit der von einem Gleichspannungswandler 33 zur Verfügung gestellten Leistung versorgt. Die Steuereinheit 28 wird in einem solchen Fall den Schaltzustand der Schalteinrichtung 24 nicht ändern.
Wenn aber bspw. ermittelt wurde, dass der zweite Fahrzeugzustand vorliegt, weil sich das Fahrzeug 10 bspw. in einem Parkmodus befindet, wird sich die Schalteinrichtung 24 typischerweise im zweiten (offenen) Schaltzustand befinden und sind die Niedervoltverbraucher 16 typischerweise nicht mit Leistung versorgbar. Die Steuereinheit 28 wird jedoch in einem solchen Fall die Schalteinrichtung 24 derart ansteuern, dass die Schalteinrichtung 24 vom zweiten (offenen) Zustand in den ersten (geschlossenen) Zustand wechselt bzw. schaltet. Die Niedervoltverbraucher 16 sind dann mit Leistung versorgbar, und zwar mit der von der Niedervoltgleichspannungsquelle 25 bereitgestellten Leistung. Die Steuereinheit 28 kann eine separate Steuereinheit sein oder kann als Funktionseinheit innerhalb einer in der Fahrzeugarchitektur bereits existierenden Steuereinheit vorhanden sein. Beispielsweise weist eine übliche Fahrzeugbordnetzarchitektur für gewöhnlich einen Master Controller auf, der schematisch in FIG 1 mit dem Bezugszeichen 30 angedeutet ist. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinheit 28 in den Master Controller 30 integriert sein kann. Andere Ausgestaltungen der Steuereinheit 28 sind selbstverständlich auch möglich.
Wie bereits angedeutet, weisen moderne Fahrzeugbordnetzarchitekturen ggf. zonale Strukturen auf. Als Beispiel sind in FIG 1 verschiedene Zonensteuereinheiten 32 angedeutet. Diese auch als Zone Controller bezeichneten Steuergeräte versorgen mehrere Niedervoltverbraucher 16 mit Leistung. Diese Zonensteuereinheiten 32 sind mit der Energieverteilungseinheit 18 verbunden und können bspw. selbst weitere Wandler 33, bspw. Gleichspannungswandler 33, aufweisen. Diese Wandler 33 wandeln die von der Energieverteilungseinheit 18 zur Verfügung gestellte Bordnetzspannung in die für die Niedervoltverbraucher 16 relevante/notwendige Niedervoltspannung. Wenn beispielsweise eine typische Niedervoltbordnetzspannung des Fahrzeugs 10 bei 48V liegt (weil bspw. die Bordnetzbatterie 13 eine 48V-Bordnetzbatterie ist), dann würden die Wandler 33 der Zonensteuereinheiten 32 diese 48V bspw. in 16V, 12V oder 5V wandeln, je nachdem für welche Spannungen die Niedervoltverbraucher 16 ausgelegt sind.
Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung ist daher, diese Wandler 33 mittels geschickter Ansteuerung der Steuereinheit 28 derart zu verwenden, dass die die Niedervoltverbraucher 16 sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand mit elektrischer Leistung versorgt werden können. Eine Möglichkeit der Ansteuerung wird in FIGs 5 und 6 erklärt.
Zunächst sei jedoch auf FIG 2 verwiesen, in der eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 12 gezeigt ist.
Im Vergleich zur Ausgestaltung nach FIG 1 ist in der Ausgestaltung nach FIG 2 eine sperrende Diode 34 zwischen dem Ausgang der Niedervoltgleichspannungsquelle 25 und dem Eingang der Energieverteilungseinheit 18 bzw. der Schalteinrichtung 24 vorgesehen. Die sperrende Diode 34 verhindert, dass im ersten Fahrzeugzustand elektrische Leistung bzw. Strom von der Bordnetzbatterie 13 in die Niedervoltgleichspannungsquelle 25 fließen kann. Mit anderen Worten sperrt die Diode 34 den elektrischen Pfad in Richtung hin zur Niedervoltgleichspannungsquelle 25. Es sein nun auf FIG 3 verwiesen, in der eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10 und des Fahrzeugbordnetzes 12 gezeigt ist.
In der Ausgestaltung von FIG 3 ist die Niedervoltgleichspannungsquelle keine Batterie, sondern ein Gleichspannungswandler 26 auf. Der Gleichspannungswandler 26 ist mit der Bordnetzbatterie 13 verbindbar bzw. verbunden und wandelt die Spannung der Bordnetzbatterie 13 in eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der ersten Niedervoltbordnetzspannung der Bordnetzbatterie 13 liegt, und insbesondere in einem Bereich von 5V bis 16V, vorzugsweise 12V, liegt. Die zweite Niedervoltbordnetzspannung ist geeignet, die kritischen Niedervoltverbraucher 16 mit Energie/Leistung zu versorgen.
Der Gleichspannungswandler 26 ist nur für die Key-Off Loads ausgelegt. Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler 26 für eine Leistung von maximal 15 Watt, vorzugsweise maximal 10 Watt, weiter vorzugsweise maximal 5 Watt ausgelegt. Der Gleichspannungswandler 26 ist einfach aufgebaut, ist einfach ansteuerbar, ist kostengünstig, ist leicht und benötigt wenig Bauraum. Der Gleichspannungswandler 26 kann auch als Micro-DCDC bezeichnet werden. Der Gleichspannungswandler 26 kann an die Bordnetzbatterie 13 angeschlossen sein, sodass er immer Leistung bereithält, also sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand; die dadurch erzeugten Verluste sind vernachlässigbar.
Es sei nun auf FIG 4 verwiesen, in der eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugbordnetzes 12 gezeigt ist.
Im Vergleich zur Ausgestaltung nach FIG 3 ist in der Ausgestaltung nach FIG 4 wieder eine sperrende Diode 34 zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 26 und dem Eingang der Energieverteilungseinheit 18 bzw. der Schalteinrichtung 24 vorgesehen. Die sperrende Diode 34 verhindert, dass im ersten Fahrzeugzustand elektrische Leistung bzw. Strom von der Bordnetzbatterie 13 in den Gleichspannungswandler 26 fließen kann. Mit anderen Worten sperrt die Diode 34 den elektrischen Pfad in Richtung hin zum Gleichspannungswandler 26.
In FIGs 5 und 6 sind nunmehr Teile des bereits erwähnten Wandlers 33 schematisch dargestellt. Der Wandler 33 weist üblicherweise eine Halbbrücke 36 mit einer high-side-Transistorschaltung 38 und einer low-side-Transistorschaltung 40 auf. Eine Spule 42 ist zwischen den Transistorschaltungen 38 und 40 angeordnet, wie es dem Fachmann bei derartigen Wandlern wohlbekannt ist.
Wie in FIG 5 dargestellt, wird im ersten Fahrzeugzustand der Wandler wie gewohnt betrieben, also als Wandler, der eine Niedervoltbordnetzspannung Vin in eine Niedervolbordnetzspannung Vout wandelt. In FIG 5 ist der typische Fall des ersten Fahrzeugzustands gezeigt, in dem die erste Niedervoltbordnetzspannung Vin von in diesem Beispiel 48V anliegt. Der Wandler würde diese Spannung in die für die Niedervoltverbraucher notwendige Spannung Vout von in diesem Beispiel 12V wandeln.
Im zweiten Fahrzeugzustand, also bspw. im Parkmodus, würde die Steuereinheit jedoch den Wandler anders ansteuern. Ein Beispiel ist in FIG 6 dargestellt. Die Steuereinheit würde bspw. den Wandler derart ansteuern, dass die low-side-Transistorschaltung 40 geöffnet bzw. unterbrochen ist, und dass die high-side-Transistorschaltung 38 geschlossen ist. Der Wandler würde in einem solchen Fall nicht als Wandler, sondern als Schalter verwendet werden, sodass die im zweiten Fahrzeugzustand durch die Niedervoltspannungsquelle 25 bzw. den Gleichspannungswandler 26 zur Verfügung gestellte zweite Niedervoltbordnetzspannung direkt (d.h. ohne Wandlung) den Niedervoltverbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann. Die Steuereinheit missbraucht sozusagen den ohnehin vorhandenen Wandler als Schalter, sodass auch im Parkmodus die Niedervoltverbraucher mit der erforderlichen Leistung versorgt werden können. Im konkreten Beispiel würde die Niedervoltgleichspannungsquelle aus FIGs 1 und 2 bzw. der Gleichspannungswandler aus FIGs 3 und 4 12V zur Verfügung stellen und würden die Wandler diese 12V ungewandelt an die Niedervoltverbraucher weitergeben können, sodass auch im Parkmodus eine Versorgung der Key-Off Loads sichergestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugbordnetz (12) für ein Verbrennerfahrzeug (10) mit einer Bordnetzbatterie (13) und einer Ladeeinheit (14) zum Laden der Bordnetzbatterie (13), wobei die Bordnetzbatterie eine erste Niedervoltbordnetzspannung, insbesondere eine 48V-Bordnetzspannung, zur Verfügung stellt, aufweisend: eine Energieverteilungseinheit (18) zum Verteilen von elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugbordnetzes (12), eine Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26), die mit der Energieverteilungseinheit (18) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) dazu ausgebildet ist, eine zweite Niedervoltbordnetzspannung, die in einem Bereich unterhalb der ersten Niedervoltbordnetzspannung und insbesondere in einem Bereich von 5V bis 16V liegt, bereitzustellen, und eine Steuereinheit (28), die mit der Energieverteilungseinheit (18) verbunden und dazu ausgebildet ist, in einem ersten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Fährbetrieb des Fahrzeugs (10), die von der Bordnetzbatterie (13) zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung Niedervoltverbrauchern (16) des Fahrzeugbordnetzes (12) zur Verfügung zu stellen, und in einem zweiten Fahrzeugzustand, insbesondere einem Parkmodus des Fahrzeugs (10), nur die von der Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) zur Verfügung gestellte zweite Niedervoltbordnetzspannung den Niedervoltverbrauchern (16) zur Verfügung zu stellen.
2. Fahrzeugbordnetz (12) nach Anspruch 1 , wobei die Niedervoltgleichspannungsquelle ein Gleichspannungswandler (26) ist, der mit der Bordnetzbatterie (13) verbindbar ist und dazu ausgebildet ist, die von der Bordnetzbatterie (14) zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung in die zweite Niedervoltbordnetzspannung zu wandeln.
3. Fahrzeugbordnetz (12) nach Anspruch 2, wobei der Gleichspannungswandler (26) für eine Leistung von maximal 15 Watt, vorzugsweise maximal 10 Watt, weiter vorzugsweise maximal 5 Watt ausgelegt ist.
4. Fahrzeugbordnetz (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) mit einer Diode (34) an die Energieverteilungseinheit (18) angeschlossen ist, die Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand die zweite Niedervoltbordnetzspannung zur Verfügung stellt und die Diode (34) dazu ausgebildet ist, dass im ersten Fahrzeugzustand die von der Bordnetzbatterie (13) zur Verfügung gestellte erste Niedervoltbordnetzspannung nicht an der Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) anliegt bzw. kein Strom in die Niedervoltgleichspannungsquelle (25, 26) fließt.
5. Fahrzeugbordnetz (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Niedervoltverbraucher (16) jeweils an einen Wandler angeschlossen sind, der eine Halbbrücke (36) mit einer high-side-Transistorschaltung (38) und einer low-side-Transistorschaltung (40) aufweist, wobei der Wandler durch entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinheit (28) wahlweise die erste Niedervoltbordnetzspannung oder die zweite Niedervoltbordnetzspannung zur Versorgung der Niedervoltverbraucher (16) bereit hält, und wobei die Steuereinheit (28) ferner dazu ausgebildet ist, in dem ersten Fahrzeugzustand die high-side-Transistorschaltung (38) und die low-side-Transistorschaltung (40) derart anzusteuern, dass die Niedervoltverbraucher (16) nur mit der ersten Niedervoltbordnetzspannung versorgbar sind, und in dem zweiten Fahrzeugzustand die low-side-Transistorschaltung (40) zu öffnen und die high-side-Transistorschaltung (38) zu schließen, sodass die Niedervoltverbraucher (16) nur mit der zweiten Niedervoltbordnetzspannung versorgbar sind.
6. Fahrzeugbordnetz (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Energieverteilungseinheit (18) eine Schalteinrichtung (24) aufweist, die als elektrische Sicherheitseinrichtung ausgebildet ist und einen ersten, geschlossenen Schaltzustand aufweist und einen zweiten, offenen Schaltzustand aufweist, und wobei die Steuereinheit (18) ferner dazu ausgebildet ist, dass in dem ersten Fahrzeugzustand der erste Schaltzustand der Schalteinrichtung (24) eingestellt ist, und dass in dem zweiten Fahrzeugzustand der zweite Schaltzustand der Schalteinrichtung (24) eingestellt ist.
7. Fahrzeugbordnetz (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Gleichspannungswandler (26) mit der Bordnetzbatterie (13) derart verbunden ist, dass der Gleichspannungswandler (26) sowohl im ersten als auch im zweiten Fahrzeugzustand die zweite Niedervoltbordnetzspannung bereithält.
8. Verbrennerfahrzeug (10) mit einer Bordnetzbatterie (13) und einer Ladeeinheit (14) zum Laden der Bordnetzbatterie (13), wobei die Bordnetzbatterie (13) eine erste Niedervoltbordnetzspannung zur Verfügung stellt und wobei das Fahrzeug (10) ein Fahrzeugbordnetz (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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