DE102008034682A1 - Zentrale Versorgungseinheit für Fahrzeug - Google Patents

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DE102008034682A1 DE200810034682 DE102008034682A DE102008034682A1 DE 102008034682 A1 DE102008034682 A1 DE 102008034682A1 DE 200810034682 DE200810034682 DE 200810034682 DE 102008034682 A DE102008034682 A DE 102008034682A DE 102008034682 A1 DE102008034682 A1 DE 102008034682A1
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Jörg Meyer
Axel MÜLLER
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Continental Automotive GmbH
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Continental Automotive GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14Balancing the load in a network

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Versorgungseinheit (100) zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) eines Fahrzeugs (200), wobei die Versorgungseinheit (100) eine Energiequellenschnittstelle (102) zum Anschließen einer Energiequelle (204) zum Bereitstellen elektrischer Energie und eine Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) aufweist, von denen jede mit mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) elektrisch koppelbar ist, und von denen jede zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle (104) zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration eingerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinheit für ein Fahrzeug.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energieversorgung in einem Fahrzeug.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Programm-Element.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium.
  • Moderne Kraftfahrzeuge bilden komplexe Systeme von Hardware und Software. Zur Regelung und Steuerung des mechatronischen Systems Automobil kommt eine hohe Zahl verschiedenster Steuergeräte zum Einsatz. Die Gesamtheit aller Steuergeräte bildet ein hochgradig vernetztes System auf Grundlage unterschiedlicher Bussysteme bzw. Kommunikationseinrichtungen. Die mit einem solchen System gegebene Heterogenität von Hard- und Software ist hochkomplex. Die Energieversorgung von Automobilen ist besonders bei komfortabler Ausstattung eine kritische Komponente. Die Vergabe von Betriebsmitteln an Prozesse soll energiesparend erfolgen, um Arbeitszeit und Lebensdauer einer Fahrzeugbatterie zu maximieren.
  • Konventionell wird die Energieversorgung in einem Fahrzeug durch eine Batterie mit einer bestimmten Versorgungsspannungsamplitude bewerkstelligt. Ein solches Konzept stößt allerdings bei der zunehmenden Komplexität von Fahrzeugen an seine Grenzen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Versorgung für Komponenten eines Fahrzeug effizient zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Versorgungseinheit (insbesondere eine zentrale Verteilungseinheit) zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die Versorgungseinheit eine Energiequellenschnittstelle zum Anschließen einer Energiequelle zum Bereitstellen elektrischer Energie und eine Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen aufweist, von denen jede mit mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern elektrisch koppelbar ist, und von denen jede zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration eingerichtet ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das eine Versorgungseinheit mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern des Fahrzeugs aufweist.
  • Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren eine Versorgungseinheit mit einer Energiequellenschnittstelle zum Anschließen einer Energiequelle zum Bereitstellen elektrischer Energie bereitgestellt wird und eine Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen der Versorgungseinheit mit jeweils mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern elektrisch gekoppelt wird, so dass von jeder der Energiebereitstellungsschnittstellen entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration dem mindestens einen elektrisch gekoppelten Energieverbraucher elektrische Energie bereitgestellt wird.
  • In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern eines Fahrzeugs gespeichert, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte steuert, aufweist bzw. durchführt.
  • Ein Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern eines Fahrzeugs weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. steuert oder führt diese durch), wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Energieverteiler für ein Fahrzeugsystem (zum Beispiel ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug) geschaffen, welcher als zentrale Verteilungseinheit in einem Bordnetz die Energieverteilung effizient gestalten kann. Eine solche zentrale Versorgungseinheit enthält eine interne elektrische Energiequelle zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Versorgen von unterschiedlichen Energieverbrauchern in dem Fahrzeug oder ist mit einer solchen externen Energiequelle koppelbar. An jeder von mehreren Energiebereitstellungsschnittstellen ist gemäß einer zugeordneten Energieversorgungskonfiguration ein spezieller Modus der Energiebereitstellung realisiert. An jede Energiebereitstellungsschnittstelle kann ein Energieverbraucher mit entsprechendem Anforderungsprofil selektiv angeschlossen werden. An diesen Energiebereitstellungsschnittstellen können nicht nur unterschiedliche Spannungsamplituden bereitgestellt werden, sondern es ist auch möglich dort Wechsel- oder Gleichspannungen bereitzustellen, oder ein Energieversorgungssignal mit sonstigen Charakteristika (zum Beispiel Sägezahnprofil, Rechteckprofil, etc.), die zum Betreiben eines jeweiligen Energieverbrauchers erforderlich sind.
  • Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Versorgungseinheit beschrieben. Diese gelten auch für das Verfahren, für das Fahrzeug, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
  • Unterschiedlichen der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen können unterschiedliche Energieversorgungskonfigurationen vorgegeben sein. Insbesondere kann basierend auf einem einzigen Energieeingangssignal von der Energiequelle (zum Beispiel einer 12 Volt-Versorgungsgleichspannung einer Fahrzeugbatterie) an verschiedenen Ausgängen der Versorgungseinheit ein unterschiedliches Profil bereitgestellter Spannungen (Gleich- oder Wechselspannung, Amplitude einer Spannung, Frequenz einer Wechselspannung, etc.) als unterschiedliche Energieversorgungskonfigurationen vorgesehen sein.
  • Unterschiedliche der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen können insbesondere zum Bereitstellen unterschiedlicher elektrischer Versorgungsspannungen eingerichtet sein. So kann es in einem Kraftfahrzeug erforderlich oder wünschenswert sein, 12 Volt, 35 Volt oder andere Spannungsamplituden zum Versorgen unterschiedlicher Abnehmer bereitzustellen. Diese Abnehmer mit unterschiedlichen Anforderungen können erfindungsgemäß einfach an die zugehörige Energiebereitstellungsschnittstelle angekoppelt werden, ohne dass es einer separaten Aufbereitung oder Umwandlung (mittels eines Transformators, einer Konverterschaltung, etc.) einer bereitgestellten Spannung durch die jeweiligen Energieabnehmer bedarf. Konventionell dezentrale Spannungsumwandlungen können somit erfindungsgemäß in einer gemeinsamen zentralen Einheit integriert sein.
  • Zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen kann zum Bereitstellen einer elektrischen Gleichspannung eingerichtet sein. Diese Gleichspannung kann durch eine zentrale Steuerung in der Versorgungseinheit mit hohen Glättungsgenauigkeiten bereitgestellt werden und an einen Gleichspannungsabnehmer angekoppelt werden. Insbesondere kann eine Spannungsglättung oder eine Spannungsgleichrichtung in der Versorgungseinheit vorgenommen werden.
  • Zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen kann zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung eingerichtet sein. Wiederum können unterschiedliche Wechselspannungsschnittstellen unterschiedliche Charakteristika aufweisen, zum Beispiel unterschiedliche Frequenzen und/oder Amplituden der jeweiligen Wechselspannungen.
  • Zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen kann zum Bereitstellen einer geschützten und geregelten elektrischen Versorgungsspannung eingerichtet sein. Auf diese Weise kann zentral in einer Versorgungseinheit bestimmten Anforderungen von Energieabnehmern Rechnung getragen werden, indem zentral ein Schutz und eine Regelung der elektrischen Versorgungsspannung vorgenommen wird. Auch ein Überspannungsschutz oder dergleichen kann bereits zentral innerhalb der Versorgungseinheit vorgenommen werden.
  • Die Versorgungseinheit kann eine Speichereinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, im Falle einer entladenen oder leeren Fahrzeugbatterie Energie zum Durchführen zumindest einer Notoperation bereitzustellen. Selbst wenn eine Fahrzeugbatterie keine ausreichende Energie mehr bereitstellen kann, um bestimmte, definierte oder definierbare Schlüsseloperationen innerhalb des Kraftfahrzeugs durchzuführen, kann die Speichereinrichtung als eine Art Notstromaggregat dienen, um auch in einem solchen unerwünschten Fall die Absicherung von bestimmten Grundfunktionen vorzunehmen.
  • Die Versorgungseinheit kann eine Programmiereinrichtung aufweisen, die zum benutzerseitigen Programmieren (zum Beispiel benutzerdefinierten Einstellen) von zumindest einem Teil der Energieversorgungskonfigurationen eingerichtet ist. Zum Beispiel kann ein Benutzer, wie ein Fahrzeugkonstrukteur, beim Designen der Energieversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs an der Versorgungseinheit bestimmte Parameter vorgeben, basierend auf welchen die Versorgungseinheit dann an den diversen Schnittstellen elektrische Energie bereitstellt. Dies kann das Festlegen bestimmter Spannungswerte, Wechselstromfrequenzen, oder sonstiger Parameter beinhalten. Eine solche Programmiereinrichtung kann eine Benutzerschnittstelle aufweisen, die es einem Benutzer zum Beispiel über Knöpfe, Schalter, eine Tastatur oder einen Joystick ermöglicht, bestimmte Parameter einzustellen. Ferner kann eine solche Programmiereinheit auch eine Anzeigeeinheit, wie zum Beispiel ein LCD-Display, aufweisen, welche es einem Benutzer ermöglicht, bequem mit der Versorgungseinheit während des Programmierens zu kommunizieren.
  • Die Versorgungseinheit kann mindestens eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die mit einem Datenbus kommunizierfähig koppelbar ist oder die einen solchen Datenbus bereitstellt oder überwacht, womit über die Versorgungseinheit Kommunikationsnachrichten zwischen kommunizierfähig gekoppelten Abnehmern und/oder zwischen Abnehmer und Versorgungseinheit übermittelt werden können. Auf diese Art und Weise kann die Versorgungseinheit nicht nur zum Bereitstellen elektrischer Versorgungsenergie dienen, sondern auch Steuersignale in einem Bordnetz bereitstellen und über einen Datenbus mit entsprechenden Abnehmern kommunizieren oder die Kommunikation von Abnehmern untereinander organisieren. Somit ist nicht nur eine Energieversorgung, sondern auch eine zentrale Steuerung von Kommunikationsfunktionen über die Versorgungseinheit möglich.
  • Insbesondere kann die Kommunikationsschnittstelle mit einem Controller Area Network (CAN) koppelbar sein. Ein Controller Area Network (oder CAN Bus) ist ein asynchrones serielles Feldbussystem für die Vernetzung von Steuergeräten in Automobilen. Unter Verwendung eines CAN Bus können Kabelbäume reduziert und dadurch Gewicht eingespart werden.
  • Es ist auch möglich, dass die Kommunikationsschnittstelle mit einem Local Interconnect Network (LIN) koppelbar ist. Ein Local Interconnect Network (LIN Bus) ist ein Feldbusstandard, der die effiziente Vernetzung von Sensoren, Aktoren und sonstigen Komponenten im Fahrzeugbau ermöglicht. Ein Beispiel für den Einsatz eines solchen LIN Bus ist die Vernetzung innerhalb einer Tür oder eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Versorgungseinheit kann eine Stabilisatoreinheit zum unterbrechungsfreien Bereitstellen elektrischer Energie im Falle eines Spannungseinbruchs an der Energiequelle aufweisen. Bei bestimmten Operationen innerhalb eines Kraftfahrzeugs (zum Beispiel Umschalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi, beispielsweise im Rahmen einer Start-Stop-Anwendung) kann es herkömmlich zu Spannungseinbrüchen kommen. Bei einem Automobil, das beim Stoppen bzw. beim Auskuppeln zwecks Kraftstoffeinsparung automatisch den Verbrennungsmotor ausschaltet und erst beim Einkoppeln oder Gasgeben den Verbrennungsmotor wieder einschaltet, kann das Aus- bzw. Einschalten konventionell zu einem unerwünschten Spannungseinbruch bei der Versorgung des Bordnetzes kommen. Dies kann Peripherie-Anwendungen, wie zum Beispiel ein Navigationsgerät oder ein Autoradio, in unerwünschter Weise kurzfristig von der elektrischen Energiezufuhr abkoppeln. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in dem zentralen Energieverteiler eine Funktion implementiert sein, die im Falle eines Spannungseinbruchs beim Restart im Bordnetz diesen Spannungsabbruch überbrücken kann, um Peripherie-Anwendungen durchgehend mit elektrischer Energie versorgen zu können. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein DC/DC Konverter mit einem Step-Up-Converter ausgestattet werden.
  • Die Versorgungseinheit kann eine Steuereinheit aufweisen, die zwischen der Energiequellenschnittstelle und der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen verschaltet ist, und die zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend der Energieversorgungskonfigurationen basierend auf elektrischer Energie an der Energiequellenschnittstelle eingerichtet ist. Eine solche Steuereinheit kann zum Beispiel einen Mikroprozessor, eine CPU (Central Processing Unit), eine elektrische Konverterschaltung, etc., aufweisen und kann ein bereitgestelltes Energieversorgungssignal so umwandeln, dass an den jeweiligen Energieversorgungsschnittstellen ein Energieversorgungssignal gewünschter Charakteristik (zum Beispiel Gleichspannung mit vorgegebener Amplitude, Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude und Frequenz, etc.) angeboten wird.
  • Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Versorgungseinheit, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
  • Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Verteilersystem in einem Zug, in einem Luftfahrzeug (zum Beispiel einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einem Zeppelin) oder in einem Schiff zu implementieren.
  • Die Versorgungseinheit in dem Fahrzeug kann die einzige Komponente darstellen, die zum Bereitstellen elektrischer Energie in dem Fahrzeug eingerichtet ist. Außer der erfindungsgemäßen elektrischen Versorgungseinheit können in einem Fahrzeug natürlich auch noch ein Antriebssystem zum Bereitstellen mechanischer Energie geschaffen sein, das zum Beispiel auf der Basis fossiler Brennstoffe, Brennstoffzellen, etc. basieren kann. Die Versorgungseinheit kann während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ähnlich wie eine konventionelle Fahrzeugbatterie laufend aufgeladen werden, zum Beispiel indem mechanische Energie der Fahrzeugbewegung in elektrische Energie umgewandelt wird. Auch die Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie, die dann in einer Versorgungseinheit gespeichert wird, ist möglich.
  • Die Versorgungseinheit kann eingerichtet sein, ein gesamtes Bordnetz oder ein Teil eines Bordnetzes des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Als Bordnetz kann die Gesamtheit aller elektronischer oder elektrischer Komponenten in einem Automobil, Flugzeug, Zug oder anderem Fahrzeug bezeichnet werden. Zu solchen Komponenten können unter anderem die Ver kabelung, Steuergeräte, Sensoren, Anzeigeelemente (zum Beispiel Warn- und Kontrollleuchten, Displays), Aktoren (zum Beispiel Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssystem), Bussysteme, Energiespeicher (zum Beispiel Batterien, Kondensatoren) oder Generatoren zählen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
  • 1 zeigt eine Versorgungseinheit für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt ein Fahrzeug mit einer Versorgungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Um die Energieeffizienz in einem Bordnetz zu verbessern, steigen die Anforderungen an die Lasten. Es kann erforderlich sein, neue Funktionen in das Bordnetz zu integrieren. Mit Hilfe von DC/DC (Gleichstrom/Gleichstrom) und DC/AC (Wechselrichter) Konvertern kann abhängig von der jeweiligen Applikation das Bordnetz um Bereiche stabiler, variabler oder mit höherer Spannungslagen erweitert werden.
  • Konventionell erfolgt in einem Bordnetz die Generierung der verschiedenen elektrischen Spannungen zur Versorgung der Abnehmer in einzelnen dezentralen Steuergeräten der Abnehmer. Jede einzelne Applikation generiert die entsprechende Versorgungsspannung selbst auf der Basis einer einzigen zentral bereitgestellten Spannung, wie etwa einer 12 Volt Gleichspannung einer Fahrzeugbatterie. Als Beispiel hierfür kann eine Keyless Drive Applikation für einen LF-Antennentreiber, eine Servolenkung oder eine Wechselstromgenerierung für eine Benzinfüllstandsanzeige genannt werden.
  • Im Unterschied zu solchen konventionellen Ansätzen besteht ein Gedanke der vorliegenden Erfindung darin, in einem Fahrzeug eine zentrale Spannungseinheit zu schaffen, welche die diversen Steuergeräte der Abnehmer mit unterschiedlichsten Spannungen versorgen kann. Zudem kann diese Einheit einen Speicher vorhalten, welcher Notoperationen bei leerer Fahrzeugbatterie zulässt. Zum Beispiel kann auf diese Weise eine Immobilizerfunktion zum Entriegeln eines Fahrzeugs oder eine Fahrzeughornfunktion aufrechterhalten werden.
  • Ein Vorteil einer solchen zentralisierten Konstruktion ergibt sich aus dem Vorsehen einer zentralen Energieeinheit, welche entsprechend dem Bedarf einzelner Funktionen konfiguriert werden kann. Mehrfachaufwendungen für gleiche Anwendungen entfallen dadurch, das heißt es können Platz, Gesamtkosten und Gewicht eingespart werden.
  • 1 zeigt eine Versorgungseinheit 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern eines Fahrzeugs (nicht gezeigt in 1) mit elektrischer Energie.
  • Die Versorgungseinheit 100 enthält eine Energiequellenschnittstelle 102 zum Anschließen an eine in 1 nicht gezeigte Fahrzeugbatterie als Energiequelle zum Bereitstellen elektrischer Energie. In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist die Energiequelle in Form von Anschlüssen Vbat und Masse schematisch dargestellt, welche einen Versorgungsspannungsanschluss sowie einen Massenanschluss der Batterie darstellen sollen.
  • Ferner ist an der Versorgungseinheit 100 eine Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen 104 bereitgestellt, von denen jede mit mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern elektrisch koppelbar ist, und von denen jede zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration eingerichtet ist.
  • Im Weiteren werden unterschiedliche solcher Energieversorgungskonfigurationen exemplarisch beschrieben.
  • Eine Schnittstelle 104a kennzeichnet einen Leistungsausgang, an den zum Beispiel eine elektrische Servolenkung angeschlossen sein kann. Hier kann eine ausreichend große Leistung bereitgestellt werden, um solche energieintensiven Anwendungen mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Eine Notfallschnittstelle 104b ist zum Versorgen bestimmter Funktionen vorgesehen, wenn eine Fahrzeugbatterie leer ist und somit zwischen den Anschlüssen Vbat, Masse keine ausreichend große Spannung mehr bereitgestellt werden kann. An der Notfallschnittstelle 104b kann eine Versorgung eines Immobilizers, eine Versorgung von Verriegelungseinheiten, etc. vorgesehen sein. Dies kann es ermöglichen, einen Limp Home Schlüssel einzusparen.
  • An einer ersten Gleichspannungsschnittstelle 104c kann eine geschützte und hoch geregelte Spannung von 35 Volt für diverse Applikationen bereitgestellt werden. Applikationen, die mit einer Spannung von 35 Volt betrieben werden können, sind zum Beispiel ein Keyless Drive Antennentreiber oder eine LF-Ladestation für wiederaufladbare Displayschlüssel.
  • An einer zweiten Gleichstellungsschnittstelle 104d kann eine geschützte und geregelte 12 Volt Spannung für diverse Applikationen bereitgestellt werden. Zum Beispiel können kapazitive Sensoren in Türgriffen mit einer solchen Spannung versorgt werden.
  • Schließlich ist in 1 eine Wechselspannungsschnittstelle 104e vorgesehen, an welcher eine geschützte und geregelte Wechselspannung (AC) für diverse Applikationen, wie zum Beispiel eine Kraftstofffüllstandsanzeige vorgesehen sein können.
  • Eine Steuereinheit 112 ist zwischen der Energiequellenschnittstelle 102 und der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen 104 angeordnet und dient zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend der verschiedenen Energieversorgungskonfigurationen basierend auf elektrischer Energie der Energiequellenschnittstelle 102.
  • Somit ist mit der Versorgungseinheit 100 ein zentraler Energieverteiler mit der Steuerelektronik 112 und einem Speichermedium 106 sowie (nicht gezeigten) DC/DC Umsetzern und DC/AC Umsetzern bereitgestellt, welche zum zentralen elektrischen Energieversorgen eines Kraftfahrzeugs dient.
  • Insbesondere kann die Speichereinrichtung 106 im Falle einer leeren Fahrzeugbatterie Energie zum Durchführen zumindest einer Notoperation bereitstellen.
  • Mittels einer Programmiereinrichtung 108 kann benutzerseitig zumindest ein Teil der Energieversorgungskonfigurationen einprogrammiert werden. Zum Beispiel kann die Spannungsamplitude der ersten Gleichspannungsschnittstelle 104c von 35 Volt auf zum Beispiel 40 Volt oder 30 Volt abgeändert werden, wenn dies im Rahmen einer Fahrzeugentwicklung gewünscht wird.
  • Ferner sind in 1 zwei Kommunikationsschnittstellen 110 gezeigt, die einen Anschluss der Versorgungseinheit 100 an ein LIN-Network bzw. an ein CAN-Network ermöglichen. Somit kann die Versorgungseinheit 100 nicht nur effizient Energie in einem Bordnetz verteilen, sondern auch den Austausch von Kommunikationsnachrichten zwischen unterschiedlichen Komponenten des Fahrzeugs verwalten.
  • 2 zeigt schematisch ein Personenkraftfahrzeug 200, in dem die Versorgungseinheit 100 aus 1 implementiert ist. Insbesondere ist in 2 auch eine Kraftfahrzeugbatterie 204 gezeigt, welche der Versorgungseinheit 100 die erforderliche elektrische Energie bereitstellt. Die Kraftfahrzeugbatterie 204 kann alternativ auch in die Versorgungseinheit 100 integriert sein, zum Beispiel im Inneren eines gemeinsamen Gehäuses vorgesehen sein.
  • 2 zeigt schematisch das Bordnetz des Personenkraftfahrzeugs 200, in dem eine Vielzahl von Abnehmern 202 von der zentralen Versorgungseinheit 100 gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt werden. In 2 ist auch gezeigt, dass die Versorgungseinheit 100 eine Kommunikationsschnittstelle 206 aufweist, die zum drahtlosen Kommunizieren mit zwei Abnehmern 202 vorgesehen ist, welche ebenfalls eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 208 aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine drahtgebundene Kommunikation innerhalb des Bordnetzes unter Einbindung der zentralen Versorgungseinheit 100 stattfinden.
  • Wie in 2 gezeigt, gibt es Abnehmer 202, die unmittelbar mit der Versorgungseinheit 100 gekoppelt sind. Andere Abnehmer 202 sind hinter Abnehmer 202 geschaltet, welche direkt mit der Versorgungseinheit 100 gekoppelt sind. Somit sind manche der Energieabnehmer 202 direkt, andere indirekt mit der Versorgungseinheit 100 gekoppelt. Einige der Abnehmer 202 werden von der Versorgungseinheit 100 lediglich mit Energie versorgt, ein anderer der Abnehmer 202 ist lediglich zum drahtlosen Kommunizieren mit der Versorgungseinheit 100 gekoppelt, und eine dritte Art von Abnehmern 202 kann sowohl von der zentralen Versorgungseinheit 100 mit elektrischer Energie versorgt werden als auch mit dieser kommunizierfähig gekoppelt sein.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Claims (20)

  1. Versorgungseinheit (100) zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) eines Fahrzeugs (200), wobei die Versorgungseinheit (100) aufweist: • eine Energiequellenschnittstelle (102) zum Anschließen einer Energiequelle (204) zum Bereitstellen elektrischer Energie; und • eine Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104), von denen jede mit mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) elektrisch koppelbar ist, und von denen jede zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle (104) zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration eingerichtet ist.
  2. Versorgungseinheit (100) nach Anspruch 1, wobei unterschiedlichen der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) unterschiedliche Energieversorgungskonfigurationen vorgegeben sind.
  3. Versorgungseinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei unterschiedliche der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) zum Bereitstellen unterschiedlicher elektrischer Versorgungsspannungen eingerichtet sind.
  4. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) zum Bereitstellen einer elektrischen Gleichspannung eingerichtet ist.
  5. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstel lungsschnittstellen (104) zum Bereitstellen einer elektrischen Wechselspannung eingerichtet ist.
  6. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) zum Bereitstellen einer geschützten und geregelten elektrischen Versorgungsspannung eingerichtet ist.
  7. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend eine Speichereinrichtung (106), die eingerichtet ist, im Falle eines Versagens einer angeschlossenen Energiequelle (204), insbesondere im Falle einer entladenen Fahrzeugbatterie (204), Energie zum Durchführen zumindest einer Notoperation bereitzustellen.
  8. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine Programmiereinrichtung (108), die zum benutzerseitigen Programmieren von zumindest einem Teil der Energieversorgungskonfigurationen eingerichtet ist.
  9. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend mindestens eine Kommunikationsschnittstelle (110), die mit einem Datenbus kommunizierfähig koppelbar ist.
  10. Versorgungseinheit (100) nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Kommunikationsschnittstelle (110) mit einem Controller Area Network oder mit einem Local Interconnect Network koppelbar ist.
  11. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Stabilisatoreinheit zum unterbrechungsfreien Bereitstellen elektrischer Energie im Falle eines Spannungseinbruchs an der Energiequelle (204).
  12. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die Energiequelle (204), die an die Energiequellenschnittstelle (102) zum Bereitstellen elektrischer Energie angeschlossen ist.
  13. Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend eine Steuereinheit (112), die zwischen der Energiequellenschnittstelle (102) und der Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) verschaltet ist, und die zum Bereitstellen elektrischer Energie entsprechend der Energieversorgungskonfigurationen basierend auf elektrischer Energie der Energiequellenschnittstelle (102) eingerichtet ist.
  14. Fahrzeug (200), aufweisend eine Versorgungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) des Fahrzeugs (200).
  15. Fahrzeug (200) nach Anspruch 14, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Automobil, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem Zug, einem Luftfahrzeug und einem Schiff.
  16. Fahrzeug (200) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Versorgungseinheit (100) in dem Fahrzeug (200) die einzige Komponente darstellt, die zum Bereitstellen elektrischer Energie eingerichtet ist
  17. Fahrzeug (200) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Versorgungseinheit (100) eingerichtet, ein Bordnetz des Fahrzeugs (200) mit elektrischer Energie zu versorgen.
  18. Verfahren zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) eines Fahrzeugs (200), wobei das Verfahren aufweist: • Bereitstellen einer Versorgungseinheit (100) mit einer Energiequellenschnittstelle (102) zum Anschließen einer Energiequelle (204) zum Bereitstellen elektrischer Energie; und • elektrisches Koppeln einer Mehrzahl von Energiebereitstellungsschnittstellen (104) der Versorgungseinheit (100) mit jeweils mindestens einem der Mehrzahl von Energieverbrauchern (202), so dass von jeder der Energiebereitstellungsschnittstellen (104) entsprechend einer der jeweiligen Energiebereitstellungsschnittstelle (104) zugeordneten vorgegebenen Energieversorgungskonfiguration dem mindestens einen elektrisch gekoppelten Energieverbraucher (202) elektrische Energie bereitgestellt wird.
  19. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) eines Fahrzeugs (200 gespeichert ist, wobei das Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach Anspruch 18 eingerichtet ist.
  20. Programm-Element zum Versorgen einer Mehrzahl von Energieverbrauchern (202) eines Fahrzeugs (200), wobei das Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach Anspruch 18 eingerichtet ist.
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