CN115552759A - 用于机动车的车载电网以及用于运行车载电网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的车载电网(B)。在此，机动车包括至少一个电池电芯单元(10)，其构造成所谓的SmartCell。为了运行电池电芯单元(10)，车载电网(B)此外包括控制装置(20)。为了能够供给电能，控制装置(20)包括用于输送供电电压(UV)的供电接口(V)。通常，在此借助车载电网(B)的能量供给装置(30)输送供电电压(UV)，能量供给装置可通过第一联接线路(A1)与控制装置(20)耦联。为了实现控制装置(20)的冗余的能量供给，除了第一联接线路(A1)以外还设置第二联接线路(A2)，相应的电池电芯单元(10)的电池电芯(11)可通过第二联接线路与供电接口(V)耦联。因此，根据能量供给装置(30)的运行状态可通过第一联接线路(AL)或通过第二联接线路(A2)输送供电电压(UV)。

Description

用于机动车的车载电网以及用于运行车载电网的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的车载电网，该车载电网包括至少一个电池电芯单元、控制装置和能量供给装置。本发明也涉及一种用于运行这种车载电网的方法。
背景技术
这种车载电网通常的功能是保证机动车的电子和电气部件的能量供给。为此，车载电网包括上述的电池电芯单元中的至少一个或多个，可借助控制装置监控和控制电池电芯单元的运行状态或运行模式。为了给控制装置供给电能，通常设置能量供给装置。
如例如在US 2011/0210605 A1中公开的那样，电池电芯单元例如可以设计成起动器电池。为了能在交通事故时将起动器电池与车载电网的剩余部分电退耦或分离，设置机械的电池分离开关。为了操控分离开关，设置微控制***形式的控制装置。在此，由能量供给装置为微控制***供给电能。在此，能量供给装置可以要么从起动器电池提取其电能，要么在起动器电池失效时从紧急供电装置提取其电能。由此，可以保证控制装置的冗余的能量供给。
根据DE 10 2017 208 030 A1，电池电芯单元也可以用于供给车载电网的安全耗电器、例如用于机动车的制动器或转向器。为了能保证对安全耗电器的可靠的能量供给，电池电芯单元在此包括第一和第二电池电芯支路，其可根据运运行情况与安全耗电器耦联并且由此可为安全耗电器供给能量。因此，在此将电池电芯支路用于安全耗电器的冗余的能量供给。
然而，例如从上述的现有技术已知的电池电芯单元不适合用于使用在用于运行机动车的电驱动装置的驱动电池或高压电池中。
例如，从EP 3 576 241 A1已知具有用于运行机动车的电驱动装置的电池电芯单元的车载电网。在此，为电池电芯单元分配控制单元，借助控制单元可监控和控制电池电芯单元的运行参数、例如充电状态或能量需求。在此，控制单元具有两个不同的运行模式、即激活模式和休眠模式。为了以激活模式运行，控制单元通过降压转换器联接到电池电芯单元的整个线路上。相反地，为了以休眠模式运行，控制单元附加地仅联接到电池电芯单元的支路上。这尤其是指，根据所调整的运行模式，借助电池电芯单元为控制单元提供不同的电压水平。然而，在此未设置控制单元的冗余的能量供给。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于运行用于机动车的车载电网的至少一个电池电芯单元的控制装置的失效安全，该失效安全尤其意味着机动车的驱动电池的部件。
该目的通过独立权利要求的主题实现。通过从属权利要求，以下的说明以及附图公开了本发明的有利的改进方案。
为此，如开头所述的那样，设置一种用于机动车、尤其是电动车或混动车的车载电网。该车载电网包括至少一个、即一个或多个电池电芯单元。这种电池电芯单元通常包括一个或多个可以以已知的方式互连的电池电芯或直流电芯。优选地，相应的电池电芯单元被分配给机动车的驱动电池或高压电池。因此，多个电池电芯单元例如可以以已知的方式联接或联合成驱动电池。为了运行相应的电池电芯单元，车载电网此外包括控制装置。运行尤其是指控制和监控相应的电池电芯单元的运行状态。优选地，该控制装置被分配给一个或多个例如并联连接的电池电芯单元。控制装置尤其是可实现成具有一个或多个控制器的控制电路。为了以电能供给用于运行电池电芯单元的控制装置，车载电网此外还包括能量供给装置。接下来将再次详细描述能量供给装置的设计方案。
然而，在现代化的电动车或混动车中，以上所述的电池电芯单元例如可被可切换的电池电芯单元或Smartcell电池电芯替代。相应地，相应的电池电芯单元包括具有直流电芯和与直流电芯串联地电连接的第一半导体开关的激活线路。此外，电池电芯单元也包括与激活线路并联地电连接的具有第二半导体开关的桥接线路。于是，控制装置相应构造用于以预定的开关运行来运行第一和第二半导体开关。也就是说，控制装置可提供用于接通或切换半导体开关的控制信号。在此，开关运行是指，半导体开关可切换到接通的开关状态中和断开的开关状态中。在接通的开关状态中，相应的半导体开关在此具有非常好的传导性，从而可以实现流过相应的半导体开关的高的电流。在断开的开关状态中，相应的半导体开关是高电阻的，也就是说，相应的半导体开关提供高的电阻。由此，不能实现或仅能够实现流过相应的半导体开关的可忽略的小的电流。半导体开关尤其是指可控制的电子开关、例如晶体管、晶闸管、尤其是具有并联连接的续流二极管的晶体管和晶闸管组合电路、例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、优选具有集成的续流二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，等。
为了现在可借助控制装置以开关运行切换半导体开关，控制装置包括用于输送供电电压形式的电能的供电接口。通常，控制装置在此通过该供电接口与能量供给装置耦联。在此，“耦联”尤其是指电耦联、即导电连接。由此，在本发明中，作为概念“耦联”的同义词也可使用概念“连接”或“联接”。也就是说，供电电压通常借助能量供给装置提供给供电接口。
但是，在能量供给装置的功能故障时，例如在失效时，由此也可能出现控制装置的失效。因为半导体开关为电子开关，所以由此可能出现半导体开关的未限定的开关状态。由此，由于能量供给装置的功能故障可导致电池电芯单元的电池电芯的意外的切断或电池电芯单元的意外的短路。
为了避免这种情况，现在在本发明中规定，以冗余的方式通过供电电压供给控制装置。在此，上述的供电接口根据能量供给装置的运行状态或功能性可通过第一联接线路与能量供给装置耦联并且通过第二联接线路与相应的电池电芯单元中的至少一个的电池电芯耦联。由此，根据能量供给装置的运行状态，要么通过第一联接线路(控制装置可借助第一联接线路与能量供给装置耦联)，要么通过第二联接线路(控制装置可借助第二联接线路与电池电芯耦联)将供电电压输送给供电接口。
在此优选地，在能量供给装置的正常运行状态中，可通过第一联接线路将供电电压输送到供电接口。相反地，在能量供给装置的功能故障时，在此可通过第二联接线路将供电电压输送到供电接口。例如，功能故障可确定成在第一联接线路中的电压的中断或下降。因此，为了输送供电电压，要么可使用电池电芯电压(借助电池电芯提供的电压)要么可使用能量供给装置电压(借助能量供给装置提供的电压)。
由此产生以下优点，即在能量供给装置的功能故障时，也能继续为控制装置供给电能。在此，供电电压直接由相应的电池电芯单元、尤其是其电池电芯提供。由此，可保证控制装置以及进而机动车的驱动电池的失效安全。
本发明也包括产生附加的优点的实施方式。
在本发明的实施方式中规定，在此从车载电网的不同部分电源将电能提供给控制装置。车载电网在此包括高压电网作为第一部分电源，并且车载电网在此包括与高压车载电网电流分离的低压电网作为第二部分电源。电池电芯单元和控制装置在此与高压电网相关联，而能量供给装置与低压车载电网相关联。即，由此在正常运行状态中由低压电网为控制装置供给供电电压。相反地，在功能故障时，直接从高压电网自身进行能量供给。
在此，以已知的方式，高压电网和低压电网的区别尤其在于其电压水平及其相应的参考电势或接地电势。由此，例如可在供电正电势和作为参考电势的供电负电势之间截取高压电网中的相应的(高压)电压、例如供电电压。供电电压例如可以是20VDC(V：伏特；DC：direct current-直流电流或直流电压)。相反地，例如可在低压正电势和作为参考电势的低压负电势或接地电势(GND：Ground)之间截取低压电网中的相应的(低压)电压、例如能量供给装置电压。能量供给装置电压例如可以是12VDC。
为了实现高压电网和低压电网之间的能量传输，能量供给装置优选通过电流绝缘的转换装置、例如具有电流分离的直流电压转换器(DC/DC转换器)与控制装置耦联。为此，转换装置例如可利用一个端部联接到能量供给装置上并且利用另一端部联接到控制装置的第一联接线路上。在该情况下，特别优选地，转换装置也可构造用于提供所谓的升压转换功能。由此，可借助转换装置将较低的能量供给装置电压转换成较高的供电电压。
在本发明的另一实施方式中规定，控制装置还具有用于上述的电池电芯电压的附加的转换单元。也就是说，转换单元构造用于将由电池电芯提供的电池电芯电压转换成供电电压。为此，转换单元例如可利用一个端部联接到电池电芯单元的电池电芯上并且利用另一端部联接到控制装置的第二联接线路上。优选地，转换单元构造成具有升压转换功能的DC/DC转换器(不带电流分离)。即，用于驱动电池的电池电芯通常仅提供在2.5VDC至4.2VDC之间的电压。由此，可借助转换单元将该电池电芯电压升高到例如20VDC的供电电压。
现在，在以下实施方式中，实现用于确定能量供给装置的相应的运行状态的不同的可能性。为此，在本发明的实施方式中规定，控制装置附加地还包括用于与通信装置耦联的通信接口，该通信装置与能量供给装置相关联。为了确定运行状态，控制装置构造用于评估通信装置的通过通信接口提供的通信信号。也就是说，通信装置可以在通信信号中以编码方式将运行状态传输给控制装置。
在此，通信装置例如可以是车载电网的电池管理***的一部分。优选地，通信装置构造成收发器或变换器(发送接收装置)。由此实现在控制装置和通信装置之间的双向的信号传输或通信。例如，该通信可通过总线通信，即例如通过与机动车的CAN总线的连接实现。以有利的方式，通信装置同样布置在上述的低压电网中。为了实现在通信装置和控制装置之间的信号传输，通信装置优选通过电流绝缘的数字隔离器联接在控制装置的通信接口上。
在本发明的另一实施方式中，为了确定能量供给装置的运行状态而规定，控制装置自身包括传感器单元。传感器单元构造用于采集通过第一联接线路借助能量供给装置提供的电压。控制装置构造用于根据预定的评估标准评估所采集的电压以确定能量供给装置的运行状态。例如，控制装置可根据预定的评估标准检查，采集的电压是否在预定的电压范围之内。在此，该电压范围可通过预定的电压极限值确定。如果采集的电压超过或低于相应的电压极限值之一，那么由此可借助控制装置推断出能量供给装置的功能故障。为了采集或测量借助第一联接线路提供的电压，传感器单元例如可包括电压传感器或电流传感器。
现在，在以下的实施方式中实现如何根据能量供给装置的运行状态通过第一或第二联接线路输送供电电压的不同的可能性。为此，在本发明的另一实施方式中规定，控制装置包括用于两个联接线路的分离开关单元。控制装置构造用于，根据能量供给装置的运行状态切换分离开关单元以用于使第一联接线路与供电接口耦联或者使第二联接线路与供电接口耦联。由此，借助分离开关单元可激活或去激活相应的联接线路。换句话说，可在联接线路之间主动切换或变换。为此，分离开关单元例如可包括一个或多个可电子运行的转换开关。优选地，这种转换开关可构造成继电器，或者接触器或者半导体开关。
作为借助分离开关单元主动切换的附加或备选，也可自动进行从能量供给装置到电池电芯的和相反的能量供给源切换。为此，在本发明的另一实施方式中规定，第一和第二联接线路以并联电路联接在供电接口上。此外，能量供给装置构造用于，在第一正常运行状态中通过第一联接线路提供电压(第一接口电压)，该电压比借助电池电芯通过第二联接线路提供的电压(第二接口电压)大预定的差值。在功能故障时，能量供给装置相反构造用于，提供比第二接口电压更小的第一接口电压。在此，可由本领域技术人员根据控制装置的设计方案选择所述差值。优选地，差值可在0.1VDC至1VDC之间。在正常运行状态中，第一接口电压例如可以是大约20VDC。由此，在正常运行状态中，第二接口电压例如可以是19VDC。现在，如果出现能量供给装置的功能故障，那么如开头所述的那样导致能量供给装置电压以及进而第一接口电压的中断。于是优选地，在功能故障时，第一接口电压具有比第二接口电压更小的电压绝对值。第一接口电压例如可以是大约0VDC。
现在，通过两个联接线路并联连接在供电接口上产生以下优点，即始终自动将两个电压中的更高的电压作为供电电压提供并且输送给供电接口。由此，能量供给尤其也抵抗第一接口电压或能量供给装置电压中的波动。
在本发明的另一实施方式中，实现开关运行的有利的设计方案。在此，控制装置构造用于，在能量供给装置的正常运行状态中，根据预定的开关运行以时钟运行的方式运行半导体开关。在能量供给装置的功能故障时，控制装置相反构造用于，使半导体开关切换到预定的开关状态中，并且优选保持在该开关状态中。也就是说，半导体开关中的每个要么被切换到接通的状态中要么被切换到断开的状态中。即，由此，开关运行同样与能量供给装置的运行状态相关。由此，在功能故障的情况中，可调整半导体开关的限定的开关状态。此外，也可使用于运行半导体开关的控制装置的能量消耗最小化或减小。
在此，上述的时钟运行尤其是指，根据预定的开关模式循环地切换半导体开关。即，设置半导体开关从接通的状态到断开的状态并且相反的多个在时间上先后的开关过程。为此，控制装置例如可提供相应的脉宽调制的控制信号来切换相应的半导体开关。在此，例如可由电池管理***根据机动车的电驱动装置的能量需求选择或预定开关模式。
为了在其功能性方面监控电池电芯单元，在本发明的另一实施方式中规定，控制装置包括用于电池电芯单元的监控单元。监控单元构造用于采集包括电池电芯单元的至少一个物理参数的监控信号。于是，控制装置构造用于评估相应的监控信号以确定电池电芯单元的运行状态。此外，控制装置构造用于，在能量供给装置的功能故障时将相应的监控信号存储在控制装置的数据存储器中。也就是说，控制装置附加地具有数据存储器，以便暂存相应的监控信号。
由此，甚至当发生能量供给装置的功能故障时，例如可以诊断并且记录电池电芯单元的相应的运行模式或失效。因此，通常在机动车的上述的电池管理***中进行对电池电芯单元的诊断或监控。如以上所述的那样，电池管理***通常位于低压电网中。然而，在能量供给装置失效时，也可能出现低压车载电网的失效，从而不再可能通过电池管理***监控电池电芯单元。
作为物理参数，例如可采集或测量电池电芯单元的电压、电流或温度。由此，监控单元因此例如也可包括至少一个电压传感器和/或至少一个电流传感器和/或至少一个温度传感器。
本发明也涉及一种用于运行以上已经描述的车载电网的方法。在此，通过供电接口给车载电网的控制装置输送供电电压，用以使半导体开关以预定的开关运行来运行。随后，供电接口根据能量供给装置的以上所述的运行状态通过第一联接线路与能量供给装置耦联并且通过第二联接线路与相应的电池电芯单元中的至少一个的相应的电池电芯耦联。
本发明也包括根据本发明的方法的改进方案，其具有已经结合根据本发明的车载电网的改进方案所述的特征。由于该原因，在此不再描述根据本发明的方法的相应的改进方案。
本发明也包括所述的实施方式的特征的组合。
附图说明
接下来描述本发明的实施例。为此，唯一的附图：
示出了用于机动车的车载电网的电路图的示意图，该车载电网具有用于运行车载电网的电池电芯单元的控制装置的冗余的能量供给。
具体实施方式
以下解释的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，所描述的实施方式的部件分别表示本发明的单独的、被视为彼此独立的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，公开内容也应包括与实施方式的所示出的特征组合不同的组合。此外，所描述的实施方式也可通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
附图示出了例如可安装在机动车中的车载电网B的实施例的示意图。在此，车载电网B包括两个电流分离的部分电源，即，首先低压电网或低压车载电网NV和高压电网或高压车载电网HV。在此，以已知的方式，这两个部分电源的区别在于其相应的参考电势。低压车载电网NV当前包括低压正电势NV+和接地电势GND作为参考电势，接地电势例如可通过机动车的车身提供。高压车载电网HV当前包括供电正电势UV+和供电负电势UV-作为参考电势。
高压车载电网HV包括用于为机动车的驱动装置提供电能的电池电芯单元10以及用于控制和监控电池电芯单元10的控制装置20。由此，电池电芯单元10可以是机动车的驱动电池的一部分。为了形成驱动电池，电池电芯单元10例如可以以已知的方式借助电池电芯接口AB与一个或多个另外的电池电芯单元互连。如在附图中示出的那样，电池电芯单元10构造成所谓的SmartCell。也就是说，电池电芯单元10包括激活线路AL，激活线路具有电池电芯11和利用第一端部联接在电池电芯11的正极上的第一半导体开关12。此外，电池电芯单元还包括桥接线路
Figure BDA0003922370510000091
桥接线路具有第二半导体开关13。在此，第二半导体开关13利用第一端部联接在电池电芯11的负极上。此外，两个半导体开关12、13利用相应的第二端部直接彼此联接。在此，半导体开关12、13例如构造成具有并联连接的续流二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
现在，通过将电池电芯单元10设计成SmartCell，实现了调整通过电池电芯接口AP提供给电驱动装置的电压。为此，第一和第二半导体开关12、13可以以预定的开关运行来运行。也就是说，例如可根据驱动装置的能量需求，交替地或者循环地使半导体开关12、13进入接通的或激活的和断开的或去激活的开关状态中。由此，在该开关运行中避免了同时激活或接通半导体开关12、13，因为在此可能导致电池电芯11的短路。
半导体开关12、13以该开关运行的运行是控制装置20的功能。为此，控制装置20包括控制器21，控制器例如可构造成微控制器。所谓的栅极驱动器24联接在控制器21上。借助栅极驱动器24可根据控制器21的相应的控制命令切换半导体开关12、13。优选地，栅极驱动器24在此具有逻辑门或逻辑电路，以便始终相应锁止半导体开关12、13中的一个并且由此将其保持在去激活的开关状态中。由此，可有效地避免半导体开关12、13的所述的同时的接通。在MOSFET中，通常通过调整相应的半导体开关12、13的所谓的栅极电压进行切换，即切换到限定的开关状态中。例如，可通过设置15VDC的栅极电压使相应的半导体开关12、13切换到接通的开关状态中并且由此切换为可非常好地导电。相反地，在设置-8VDC的栅极电压时，可使相应的半导体开关12、13切换到断开的或高电阻的开关状态中。
栅极电压通常不涉及高压车载电网HV的供电正电势UV+和供电负电势UV-。因此，为了提供栅极电压，控制装置20包括电流分离的栅极转换单元25，栅极转换单元联接到供电正电势UV+和供电负电势UV-上。借助栅极转换单元25，实现具有与供电正电势UV+和供电负电势UV-不同的参考电势的电流分离的驱动电源TN。驱动电源TN包括栅极正电势G+和栅极负电势G-作为参考电势，在它们之间可截取相应的栅极电压。
为了能实现以上所述的对电池电芯单元10的控制，设置用于控制装置20以及尤其是上述的控制器21的电能供给。为此，控制装置20在此包括供电接口V，控制装置20借助该供电接口联接到供电正电势UV+和供电负电势UV-上。通过供电接口V，可将供电电压UV输送给控制装置20。
通常，供电电压UV通过低压车载电网NV提供给供电接口V。为此，低压车载电网NV包括能量供给装置30，能量供给装置在此例如构造成联接到低压正电势NV+和接地电势GND上的DC/DC转换器。由此，借助DC/DC转换器可将以下详细定义的可在低压正电势NV+和接地电势GND之间截取的电压转换成能量供给装置电压UE。在能量供给装置30的正常运行中，能量供给装置电压UE例如可为12VDC。
为了将能量供给装置电压UE提供给控制装置20，如在附图中示出的那样，能量供给装置30通过电流分离的转换装置31联接到控制装置20的第一联接线路A1上。第一联接线路A1又直接联接到供电接口V上。由此，借助能量供给装置30产生的能量供给装置电压UE可被转换成可在第一联接线路A1中截取的第一接口电压UA1。随后，第一接口电压UA1可以作为供电电压输送给供电接口V。在能量供给装置30的正常运行中，第一接口电压UA1例如可以是20V。相应地，转换装置31在此例如可构造用于将能量供给装置电压UE升高成第一接口电压UA1的电流绝缘的升压转换器。为了避免也由控制装置20将电能传输给低压车载电网，在此续流二极管附加地还连接至第一联接线路中。
为了将供电电压UV提供给控制器21，控制器21通过转换单元22联接到供电接口上。在此，转换单元22构造成直流电压降压转换器。由此，可将在供电接口V上存在的供电电压UV降低成用于提供给控制器21的控制器电压US。在能量供给装置30的正常运行中，控制器电压US例如可以是5VDC。
但是，现在如果在低压车载电网NV中出现功能故障并且进而出现能量供给装置30的功能故障，那么不再能保证从低压车载电网NV为控制装置20供给能量。功能故障例如可以是能量供给装置30的完全的失效。备选地，功能故障也可以是能量供给装置电压UE的临时受限的或暂时的波动。由此，与在正常运行状态中的能量供给装置电压UE的绝对值相比，由于功能故障出现能量供给装置电压UE的中断或下降。因此，也可出现第一接口电压UA1的下降，从而不再能够给控制装置20提供例如20VDC的完全的供电电压。由此，现在不再有足够的电能来供给控制器21、栅极驱动器24和栅极转换器25，并且可能出现半导体开关12、13的未限定的开关状态。由此，例如可能出现不期望地桥接电池电芯11，或者电池电芯单元10可能与驱动电池的其它的电池电芯单元短接。
为了在能量供给装置30失效时避免这些事件的连锁效应，在此设置直接从高压车载电网HV的冗余的供给能量。在此，通过电池电芯单元10的电池电芯11提供能量供给源。为此，电池电芯11(分别利用其正极和负极)通过另一转换单元23联接到第二联接线路A2上。于是，第二联接线路A2直接以与第一联接线路A1并联地电连接的方式联接到供电接口V上。由此，借助电池电芯11产生的电池电芯电压UB可被转换成可在第二联接线路A2中截取的第二接口电压UA2。电池电芯电压UB的典型的值通常在2.5VDC至4.2VDC之间。因此，转换单元23在此例如可构造成直流电压升压转换器。由此，可将电池电芯电压UB升高成第二接口电压UA2。随后，可将第二接口电压UA2作为供电电压UV输送给供电接口V。
在此，在能量供给装置30的正常运行中，为第二接口电压UA2选择或设置比第一接口电压UA1的电压绝对值稍微更小的电压绝对值。例如，第二接口电压UA2可以是19.5VDC。由此，根据能量供给装置30的运行状态(正常运行或功能故障)，可自动地借助第一或第二联接线路A1、A2提供供电电压UV。由此，在车载电网B中可特别快速地切换或变换用于供给控制装置20的能量源。由此，也可简单地平衡低压车载电网NV中的稍微的波动或电压中断。
然而，如开头所述，控制装置20不仅具有控制电池电芯单元10的功能，而且附加地也负责监控电池电芯单元10的运行参数。为此，控制装置20在此包括电压传感器26，电流传感器27和温度传感器28，这些传感器分别单独联接到控制器21上。由此，借助所述传感器可以测量电池电芯单元10的相应的物理参数，并且将其以监控信号的形式提供给控制器以进行评估。例如，借助电压传感器26可以测量电池电芯电压UB作为物理参数。借助电流传感器27可以测量由电池电芯单元10提供的电流作为物理参数。最终，借助温度传感器28可以测量温度作为物理参数。在随后的评估中，控制器例如可检查，相应的物理参数是否在期望的值范围中。由此，可推断出电池电芯单元10的功能故障。优选地，由此通过借助控制器21评估一个或多个监控信号，确定电池电芯单元10的运行模式。
为了能单独地监控每个电池电芯单元10并且也整体监控共同形成驱动电池的多个电池电芯单元，此外优选将确定的运行模式例如作为运行模式信号传输给机动车的电池管理***。电池管理***通常位于低压车载电网NV中。在此，电池管理***例如通过低压车载电网NV中的通信装置40示出。为了传输运行模式信号，控制装置20附加地包括在此直接联接在控制器21上的通信线路K或通信接口。现在，通信装置40通过数字转换器41或具有电流分离的数字隔离器联接到通信线路K上。优选地，通信装置40、数字转换器41和控制器21可以构造用于双向传输信号。由此，例如也可以由电池管理***将控制命令提供给控制装置20。
为了在低压电网的功能故障时也还可监控电池电芯单元10，控制器20优选包括在附图中未示出的数据存储器。由此，在存在功能故障时，在数据存储器中可以暂存运行数据形式的相应的运行模式信号，直至例如再次可以实现与通信装置40的通信。由此，在与低压车载电网NV的通信连接失效时，电池电芯单元10也可继续保持被诊断。
作为在附图中示出的实施例的备选，代替自动选择能量供给源地，也可以主动切换到相应的能量供给源。为此，控制装置20例如可以包括转换开关形式的分离单元，借助转换开关可以根据能量供给装置30的功能性要么使第一电联接线路与供电接口导电耦联，要么使第二联接线路与供电接口导电耦联。为了确定能量供给装置30的功能性，控制装置30的控制器21在此例如可以监控第一接口电压UA1。备选地，能量供给装置30的运行状态也可通过通信装置40传达至控制装置20的控制器21。
根据车载电网B的该备选的实施例，用于运行车载电网B的相应的方法可包括以下步骤(未示出)。在决策步骤中首先检查功能性、即能量供给装置30的运行状态，如以上所述的那样。如果控制器21确定能量供给装置30处于正常运行中，那么控制装置21可以操控分离开关单元用以使得第一联接线路A1与供电接口V导电连接。由此，供电电压UV可以借助能量供给装置30输送给控制装置20。相反地，如果在检查时确定，能量供给装置30具有功能故障，那么控制器21替代地可操控分离开关单元用以使得第一联接线路A1与供电接口V电分离并且使得第二联接线路A2与供电接口V导电连接。由此，可借助电池电芯11提供用于运行控制装置20的供电电压UV。
因此，示例总体上表明，如何可以在用于电动车的SmartCell中提供冗余的能量供给。

Claims (10)

1.一种用于机动车的车载电网(B)，所述车载电网包括至少一个电池电芯单元(10)、控制装置(20)以及能量供给装置(30)，其特征在于，相应的电池电芯单元(10)包括：激活线路(AL)，所述激活线路具有电池电芯(11)和与所述电池电芯串联地电连接的第一半导体开关(12)；以及与激活线路(AL)并联地电连接的桥接线路(
Figure FDA0003922370500000011
)，所述桥接线路具有第二半导体开关(13)，所述控制装置(20)构造用于，以预定的开关运行来运行第一和第二半导体开关(12、13)，所述控制装置(20)具有用于输送供电电压(UV)的供电接口(V)，其中，所述供电接口(V)根据能量供给装置(30)的运行状态可通过第一联接线路(A1)与能量供给装置(30)耦联以及通过第二联接线路(A2)与相应的电池电芯单元(10)中的至少一个的电池电芯(11)耦联。
2.根据权利要求1所述的车载电网(B)，其中，所述车载电网(B)包括高压电网(HV)和与高压电网电流分离的低压电网(NV)，所述电池电芯单元(10)和控制装置(20)与高压电网(HV)相关联，能量供给装置(30)与低压电网(NV)相关联。
3.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)具有转换单元(23)，所述转换单元构造用于，将由电池电芯(11)提供的电池电芯电压(UB)转换成供电电压(UV)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)具有用于与通信装置(40)耦联的通信接口(K)，所述通信装置与能量供给装置(30)相关联，所述控制装置(20)构造用于，评估通过通信接口(K)提供的通信信号以确定能量供给装置(30)的运行状态。
5.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)包括传感器单元，所述传感器单元构造用于，获取通过第一联接线路(A1)借助能量供给装置(30)提供的电压，所述控制装置(20)构造用于，根据预定的评估标准评估所获取的电压以确定能量供给装置(30)的运行状态。
6.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)包括用于两个联接线路(A1、A2)的分离开关单元，其中，所述控制装置(20)构造用于，根据能量供给装置(30)的运行状态切换分离开关单元以用于使第一联接线路(A1)与供电接口(V)耦联或使第二联接线路(A2)与供电接口(V)耦联。
7.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，第一和第二联接线路(A1、A2)以并联电路联接在供电接口(V)上，所述能量供给装置(30)构造用于，在正常运行状态中通过第一联接线路(A1)提供电压(UA1)，所述电压比借助电池电芯(11)通过第二联接线路(A2)提供的电压(UA2)大，并且所述能量供给装置(30)构造用于，在功能故障时通过第一联接线路(A2)提供比借助电池电芯(11)通过第二联接线路(A2)提供的电压(UA2)更小的电压(UA1)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)构造用于，在能量供给装置(30)的正常运行中，根据预定的开关运行以时钟运行的方式运行半导体开关(12、13)，并且所述控制装置(20)构造用于，在能量供给装置(30)的功能故障时使半导体开关(12、13)切换到预定的开关状态中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的车载电网(B)，其中，所述控制装置(20)包括用于电池电芯单元(10)的监控单元(26、27、28)，所述监控单元构造用于获取包括电池电芯单元(10)的至少一个物理参数的监控信号，并且所述控制装置(20)构造用于，评估相应的监控信号以确定电池电芯单元(10)的运行状态，并且在存在能量供给装置(30)的功能故障时将相应的监控信号存储在控制装置(20)的数据存储器中。
10.一种用于运行车载电网(B)的方法，其中，所述车载电网(B)具有至少一个电池电芯单元(10)、控制装置(20)以及能量供给装置(30)，其特征在于，相应的电池电芯单元(10)包括：激活线路(AL)，所述激活线路具有电池电芯(11)和与所述电池电芯串联地电连接的第一半导体开关(12)；以及与激活线路(AL)并联地电连接的桥接线路(
Figure FDA0003922370500000031
)，所述桥接线路具有第二半导体开关(13)，所述控制装置(20)构造用于，以预定的开关运行来运行第一和第二半导体开关(12、13)，所述控制装置(20)具有用于输送供电电压(UV)的供电接口(V)，其中，根据能量供给装置(30)的运行状态通过第一联接线路(AL)借助能量供给装置(30)将供电电压(UV)输送给供电接口(V)或者通过第二联接线路(A2)借助相应的电池电芯单元(10)中的至少一个电池电芯单元的电池电芯(11)将供电电压(UV)输送给供电接口(V)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021131083A1 (de) * 2020-11-30 2022-06-02 Steering Solutions Ip Holding Corporation Diagnose eines zustands einer eingangsenergie für eine elektrische servolenkung
DE102021214976A1 (de) 2021-12-23 2023-06-29 Vitesco Technologies GmbH Batterieeinheit, Verfahren und Einrichtung zum Betreiben der Batterieeinheit

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA1U (uk) 1994-09-14 1995-06-30 Федір Федорович Дубровка Вібраторна антена
UA2U (uk) 1994-10-13 1995-06-30 Любов Миколаївна Шликова Конструкція накладної кишені
DE19849432A1 (de) 1998-10-27 2000-06-15 Molekulare Energietechnik Ag V Heizungsanordnung
US6909201B2 (en) * 2003-01-06 2005-06-21 General Motors Corporation Dual voltage architecture for automotive electrical systems
US8258651B2 (en) 2010-03-01 2012-09-04 International Truck Intellectual Property Company, Llc Methods and circuits for controlling a battery disconnect switch
JP5553385B2 (ja) * 2010-09-02 2014-07-16 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 電源制御装置
DE102010041040A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102012220549A1 (de) * 2012-11-12 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektro-Transportmittel, zugehöriges Verfahren und zugehöriger Akkumulator
DE102012221570A1 (de) * 2012-11-26 2014-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Schaltungsanordnung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, Fahrzeug und entsprechendes Verfahren
DE102014208117A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerung für elektrisch getriebenes Fahrzeug, elektrisch getriebenes Fahrzeug mit Steuerung und Verfahren
GB2541352B (en) * 2015-04-30 2022-02-16 Porsche Ag Apparatus and method for an electric power supply
DE102017208030B4 (de) 2017-05-12 2019-03-14 Audi Ag Bordnetz für ein Kraftfahrzeug zur Bereitstellung einer redundanten Energieversorgung für Sicherheitsverbraucher und Kraftfahrzeug
EP3576241B1 (en) 2018-06-01 2020-07-29 Samsung SDI Co., Ltd. Battery system
EP3620321B1 (en) * 2018-09-07 2023-04-12 Samsung SDI Co., Ltd. Power supply system
DE102018215605A1 (de) * 2018-09-13 2020-03-19 Ford Global Technologies, Llc Bordnetz für ein Kraftfahrzeug

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