DE102005042665A1

DE102005042665A1 - Kfz-Bordnetz für wenigstens einen sicherheitsrelevanten Verbraucher

Info

Publication number: DE102005042665A1
Application number: DE200510042665
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mueller; Wolfgang Haas; Dirk Hofmann; Richard Aumayer; Herbert Vollert; Hubert Schweiggart; Christoph Wenger; Helmut Suelzle; Uwe Bauer; Michael Merkle; Marcus Abele; Wolfgang Kircher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz, insbesondere ein Kfz-Bordnetz, umfassend ein erstes Teilnetz (1) mit einer Energiequelle (4, 9) sowie ein zweites Teilnetz (2) mit einem elektrischen Energiespeicher (5) und wenigstens einem sicherheitsrelevanten elektrischen Verbraucher 3. Die Ausfallsicherheit des sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchers 3 kann wesentlich verbessert werden, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz (1 bzw. 2) ein Koppelelement (7) vorgesehen ist, das eine Übertragung elektrischer Energie vom ersten in das zweite Teilnetz (2), aber nicht in umgekehrter Richtung zulässt. Das Koppelelement (7) kann auch als Trennelement bzw. (Schmelz-)Sicherung (11) ausgestaltet sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Elektrische Fahrzeug-Bordnetze umfassen üblicherweise eine Vielzahl elektrischer Verbraucher, die von einem Generator und einer Batterie mit elektrischer Leistung versorgt werden. Moderne Fahrzeuge umfassen dabei zunehmend sicherheitsrelevante Verbraucher, die wichtige Funktionen im Fahrzeug ausführen und keinesfalls ausfallen dürfen. Hierzu zählen insbesondere so genannte x-by-wire-Verbraucher, wie z.B. elektrisch gesteuerte Lenk- oder Bremsanlagen. Diese Systeme werden aus Sicherheitsgründen üblicherweise redundant versorgt und durch verschiedenste Maßnahmen gegen Energieausfall abgesichert.
Wegen der großen Vielzahl und Verschiedenheit der in einem modernen Bordnetz angeschlossenen Komponenten, wegen der hohen Komplexität der Verdrahtung und der großen Zahl von Kontaktstellen ist die Gewährleistung der Ausfallsicherheit jedoch zunehmend kritisch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausfallsicherheit vorgebbarer Verbraucher, insbesondere sicherheitsrelevanter elektrischer Verbraucher, wie z. B. x-by-wire-Verbraucher in einem Bordnetz weiter zu erhöhen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie in Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, zwischen einem ersten Teilnetz und einem zweiten Teilnetz, in dem wenigstens ein sicherheitsrelevanter elektrischer Verbraucher angeschlossen ist, ein Koppelelement vorzusehen, das eine Übertragung elektrischer Energie vom ersten Teilnetz in das zweite Teilnetz, aber nicht in umgekehrter Richtung zulässt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass der bzw. die sicherheitsrelevanten Verbraucher auch bei einem Spannungsabfall im ersten Teilnetz weiterhin vom ersten Teilnetz versorgt werden (bis die Energie des ersten Teilnetzes verbraucht ist), jedoch keine Energie vom zweiten Teilnetz zurück in das erste Teilnetz fließt.

Das erste Teilnetz umfasst vorzugsweise einen elektrischen Generator und einen Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie, beispielsweise eine Bleibatterie. Das zweite Teilnetz wird vorzugsweise ausschließlich aus dem ersten Teilnetz mit Energie versorgt und kann einen eigenen Energiespeicher umfassen. Die Teilnetze können die gleiche oder eine unterschiedliche Netzspannung aufweisen. Zwischen den Teilnetzen kann außerdem eine Trenn- bzw. Sicherungseinrichtung vorgesehen sein, die bei einem Kurzschluss in einem der Teilnetze dieses Teilnetz vom anderen Teilnetz trennt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Koppelelement vorzugsweise ein unidirektionaler DC/DC-Wandler, wenigstens eine Diode oder eine Diodenanordnung.

Bei dem wenigstens einen sicherheitsrelevanten Verbraucher handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Brems- und/oder Lenksystem oder einen sonstigen wählbaren Verbraucher. Der wenigstens eine sicherheitsrelevante Verbraucher kann zusätzlich redundant mit Energie versorgt werden.

Ein anderes erfindungsgemäßes elektrisches Bordnetz umfasst ein erstes Teilnetz mit einem elektrischen Energiespeicher, ein zweites Teilnetz mit einem elektrischen Energiespeicher, sowie wenigstens einen sicherheitsrelevanten Verbraucher, der redundant aus dem ersten und zweiten Teilnetz mit elektrischer Leistung versorgt wird. Zur Verbesserung der Ausfallsicherheit des sicherheitsrelevanten Verbrauchers ist als Koppelelement eine Trenn- bzw. Sicherungseinrichtung vorgesehen, die zwischen dem ersten und zweiten Teilnetz angeordnet ist. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass bei einem Fehler, wie z.B. einem Kurzschluss im ersten Teilnetz, dieses Teilnetz automatisch vom zweiten Teilnetz getrennt wird. Das als Sicherungseinrichtung dienende Koppelelement kann zusätzlich auch einen unidirektionalen DC/DC-Wandler umfassen.

Die Sicherungseinrichtung ist vorzugsweise als Schmelzsicherung realisiert. Wahlweise können auch andere Sicherungseinrichtungen vorgesehen sein.

Das Gesamtnetz kann in zwei oder mehrere Teilnetze unterteilt sein, die über genannte Sicherungseinrichtungen verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein elektrisches Bordnetz gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 ein elektrisches Bordnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt ein Kfz-Bordnetz mit einem ersten Teilnetz 1 und einem zweiten Teilnetz 2, die über mindestens ein Koppelelement 7 elektrisch miteinander verbunden sind. Das erste Teilnetz 1 entspricht im Wesentlichen einem herkömmlichen Bordnetz und umfasst mehrere Verbraucher 6a, 6b, 6c, die von einem Generator 9 und einer Batterie 4 mit elektrischer Leistung versorgt werden. Der Starter ist mit 10 bezeichnet. Ein optional vorhandenes Steuergerät 15 dient zur Steuerung der Verbraucher und zur Durchführung eines elektrischen Energie- und Verbrauchermanagements. (Die Steuerleitungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt). Die einzelnen Verbraucher 6a, 6b, 6c sind über Sicherungen 8 gegen Kurzschluss abgesichert und können über Schalter 13a, 13b zugeschaltet werden.
Das zweite Teilnetz 2 umfasst wenigstens einen sicherheitsrelevanten elektrischen Verbraucher 3, wie z.B. ein elektrisches Lenk- oder Bremssystem (oder ein anderes x-by-wire-System), sowie mindestens einen Energiespeicher 5, der den sicherheitsrelevanten Verbraucher 3 mit elektrischer Energie versorgt. Die beiden Teilnetze 1, 2 können gleiche oder unterschiedliche Netzspannung aufweisen.
Im (fehlerfreien) Normalbetrieb wird der sicherheitsrelevante Verbraucher 3 aus dem ersten Teilnetz 1 über das Koppelelement 7 mit elektrischer Leistung versorgt. Das Koppelelement 7 ist derart ausgelegt, dass es eine Übertragung elektrischer Energie vom ersten Teilnetz 1 in das zweite Teilnetz 2, aber nicht in umgekehrter Richtung zulässt. Bei einem Kurzschluss oder einem Spannungsabfall im ersten Teilnetz fließt somit keine Energie vom zweiten Teilnetz 2 zurück in das erste Teilnetz 1. Bei einem langsamen Spannungsabfall im ersten Teilnetz 1 kann jedoch weiterhin elektrische Leistung über das Koppelelement 7 in das zweite Teilnetz 2 transportiert werden. Das Koppelelement 7 ist vorzugsweise ein unidirektionaler DC/DC-Wandler, kann aber auch anders realisiert sein, beispielsweise als Diodenanordnung. Bei dem Energiespeicher 5 kann es sich z.B. um eine Batterie oder um einen Kondensator handeln.
Zur weiteren Erhöhung der Versorgungssicherheit des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 3 kann das Koppelelement 7 und der Energiespeicher 5 auch redundant ausgeführt werden.
2 zeigt ein elektrisches Bordnetz, das ebenfalls zwei Teilnetze 1 und 2 aufweist, die über ein Koppelelement 7, beispielsweise eine Trennvorrichtung oder eine Sicherung 11, elektrisch miteinander verbunden sind. Wenigstens ein sicherheitsrelevanter Verbraucher 3 (z. B. x-by-wire-Verbraucher) wird von beiden Teilnetzen 1, 2 über entsprechende Anschlussleitungen redundant mit elektrischer Energie bzw. Leistung versorgt.
Das erste Teilnetz 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Generator 9 und eine Batterie 4, sowie einen parallel geschalteten Kondensator 12, wie z.B. einen DLC (Double Layer Capacitor). Zusätzlich könnten ein oder mehrere Verbraucher im ersten Teilnetz 1 angeschlossen sein (nicht gezeigt). Der DLC 12 dient dazu, bei Ausfall der Energieversorgung (9) eine Notversorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher 3 sicherzustellen.
Das zweite Teilnetz 2 umfasst mehrere elektrische Verbraucher 6a, 6b, 6c, die über Schalter 13a, 13b zugeschaltet werden können, und wenigstens einen Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie 14, die ebenfalls vom Generator 9 mit elektrischer Leistung versorgt werden.
Wenigstens eine Diagnosevorrichtung oder gegebenenfalls jedem Energiespeicher 4, 12, 14 zugeordnete Diagnoseeinrichtungen 16a, b, c dienen zur Diagnose der Energiespeicher 4, 12, 14. Gegebenenfalls kann auch ein Steuergerät 15 eingesetzt werden, das zur Diagnose und gegebenenfalls auch zur Durchführung eines Energie- und Verbrauchermanagements dient.
Die Ausführung wurde so gewählt, dass bei Ausfall eines Hauptenergiespeichers (Bleibatterie) die Funktion des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 3 ohne Einschränkung erhalten bleibt. Der DLC 12 dient im Falle des Ausfalls der Energieversorgung (9) dazu, auch bei weitestgehender Entladung der Hauptenergiespeicher (4), die Notversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 3 sicherzustellen. Dies erfolgt aufgrund der stark unterschiedlichen Spannungs-/Ladungskennlinie des DLC 12.
Die Trennvorrichtung 7 dient dazu, dass im Falle eines Kurzschlusses an einer beliebigen Stelle mindestens eine Batterie 4, 14 unbeeinflusst bleibt und zumindest die Notversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 3 sicherstellt. Voraussetzung dafür ist, dass der sicherheitsrelevante Verbraucher 3 wenigstens zwei unabhängige Versorgungspfade hat, die jeder für sich zumindest einen Notlauf sicherstellen.
Bei einem Kurzschluss z. B. im Teilnetz 1 brennt die Schmelzsicherung 11 durch und schützt somit das andere Teilnetz 2. Der sicherheitsrelevante Verbraucher 3 wird dadurch immer wenigstens von einem der Teilnetze 1, 2 mit elektrischer Leistung versorgt, zumindest bis die Energie des Energiespeichers 4 im anderen Teilnetz verbraucht ist.

1: erstes Teilnetz
2: zweites Teilnetz
3: sicherheitsrelevanter Verbraucher
4: Batterie
5: Energiespeicher
6: elektrischer Verbraucher
7: Koppelelement
8: Sicherungen
9: Generator
10: Starter
11: Schmelzsicherung
12: Kondensator
13a, b: Schalter
14: Batterie
15: Steuergerät
16a, b, c: Diagnosevorrichtung

Claims

Elektrisches Bordnetz, insbesondere Kfz-Bordnetz, umfassend – ein erstes Teilnetz (1) mit einer Energiequelle (4, 9), und – ein zweites Teilnetz (2) mit wenigstens einem sicherheitsrelevanten elektrischen Verbraucher (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Teilnetz (1) und dem zweiten Teilnetz (2) ein Koppelelement (7) angeordnet ist, das eine Übertragung elektrischer Energie vom ersten in das zweite Teilnetz (2), aber nicht in umgekehrter Richtung zulässt.
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement ein unidirektionaler DC/DC-Wandler (7) oder eine Diodenanordnung ist.
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die sicherheitsrelevanten Verbraucher (3) ein elektrisches Brems- und/oder Lenksystem ist bzw. sind.
Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Teilnetz (1, 2) eine unterschiedliche Netzspannung haben.
Elektrisches Bordnetz, insbesondere Kfz-Bordnetz, umfassend – ein erstes Teilnetz (1) mit einem elektrischen Energiespeicher (4), – ein zweites Teilnetz (2) mit einem elektrischen Energiespeicher (4), und – einen sicherheitsrelevanten Verbraucher (3), der redundant aus dem ersten und zweiten Teilnetz (1,2) mit elektrischer Leistung versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Teilnetz (1, 2) eine Trenneinrichtung, insbesondere eine Sicherungseinrichtung (11) vorgesehen ist.
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung eine Schmelzsicherung (11) ist.
Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher des ersten oder zweiten Teilnetzes (1, 2) eine Batterie (4) oder ein Kondensator (12) ist.
Elektrisches Bordnetz nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine sicherheitsrelevante Verbraucher (5) wenigstens ein elektrisches Brems- und/oder Lenksystem ist.
Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem der Energiespeicher (4, 12, 14) eine Diagnosevorrichtung (16a, b, c) zugeordnet ist.