DE102012218591A1

DE102012218591A1 - Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes

Info

Publication number: DE102012218591A1
Application number: DE102012218591.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Reichow; Peter Völkl; Tobias Galli
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: WO2014056663A1; DE102012218591B4

Abstract

Ein Gegenstand der Anmeldung betrifft ein Bordnetz (1) für ein Fahrzeug, wobei das Bordnetz (1) einen ersten Bordnetzzweig (2) aufweist, wobei der erste Bordnetzzweig (2) einen ersten Energiespeicher (3) und einen ersten elektrischen Verbraucher (4) aufweist. Zudem weist das Bordnetz (1) einen zweiten Bordnetzzweig (5) auf, wobei der zweite Bordnetzzweig (5) einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist. Ferner weist das Bordnetz (1) eine Ermittlungseinheit (7) auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung Uist,2 des zweiten Energiespeichers (6) ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetz (1) einen DC/DC-Wandler (8) auf. Des weiteren weist das Bordnetz (1) eine erste Schaltvorrichtung (9) und eine zweite Schaltvorrichtung (10) auf, wobei ein erster Anschluss (11) des zweiten Energiespeichers (6) in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) mit dem ersten Bordnetzzweig (2) elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) sowie einem inaktiven Zustand des DC/DC-Wandlers (8) von dem ersten Bordnetzzweig (2) elektrisch getrennt ist. Ferner weist das Bordnetz (1) eine Ansteuervorrichtung (12) auf, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung Uist,2 ausgebildet ist.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes.
Aus der DE 10 2010 029 788 A1 ist ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen ersten Bordnetzzweig und zumindest einen zweiten Bordnetzzweig umfasst. Der erste Bordnetzzweig weist einen ersten Energiespeicher mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss auf. Ferner weist der erste Bordnetzzweig einen Generator und mindestens einen ersten Verbraucher auf. Der zweite Bordnetzzweig weist einen zweiten Energiespeicher mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss auf. Des Weiteren weist der zweite Bordnetzzweig zumindest einen zweiten Verbraucher auf, der mit dem ersten Anschluss des zweiten Energiespeichers und/oder mit dem ersten Anschluss des ersten Energiespeichers elektrisch koppelbar ist. Ferner weist der zweite Bordnetzzweig einen Energieflusssteller auf mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei der zweite Anschluss des Energieflussstellers elektrisch gekoppelt ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Energiespeichers und der erste Anschluss des Energieflussstellers elektrisch koppelbar ist mit dem ersten Anschluss des ersten Energiespeichers.
Aufgabe der Anmeldung ist es, ein Bordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes anzugeben, welche eine weiter verbesserte Spannungs-Stabilisierung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Bordnetz für ein Fahrzeug weist gemäß einem Aspekt der Anmeldung einen ersten Bordnetzzweig auf, wobei der erste Bordnetzzweig einen ersten Energiespeicher und einen ersten elektrischen Verbraucher aufweist. Zudem weist das Bordnetz einen zweiten Bordnetzzweig auf, wobei der zweite Bordnetzzweig einen zweiten Energiespeicher aufweist. Ferner weist das Bordnetz eine Ermittlungseinheit auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers ausgebildet ist. Weiterhin weist das Bordnetz einen DC/DC-Wandler auf, der zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem zweiten Bordnetzzweig ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetz eine erste Schaltvorrichtung und eine zweite Schaltvorrichtung auf, wobei ein erster Anschluss des zweiten Energiespeichers in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung mit dem ersten Bordnetzzweig elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung sowie einem inaktiven Zustand des DC/DC-Wandlers von dem ersten Bordnetzzweig elektrisch getrennt ist. Ferner weist das Bordnetz eine Ansteuervorrichtung auf, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Anmeldung weist ein Bordnetz für ein Fahrzeug einen ersten Bordnetzzweig auf, wobei der erste Bordnetzzweig einen ersten Energiespeicher und einen ersten elektrischen Verbraucher aufweist. Weiterhin weist das Bordnetz einen zweiten Bordnetzzweig auf, wobei der zweite Bordnetzzweig einen zweiten Energiespeicher aufweist. Ferner weist das Bordnetz eine Ermittlungseinheit auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers ausgebildet ist. Zudem weist das Bordnetz einen DC/DC-Wandler auf, der zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem zweiten Bordnetzzweig ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetz eine erste Schaltvorrichtung und eine zweite Schaltvorrichtung auf, wobei ein erster Anschluss des zweiten Energiespeichers in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung mit einem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung von dem Bezugspotential elektrisch getrennt ist. Des Weiteren weist das Bordnetz eine Ansteuervorrichtung auf, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 ausgebildet ist.
Ein Bordnetz für ein Fahrzeug weist gemäß einem dritten Aspekt der Anmeldung einen ersten Bordnetzzweig auf, wobei der erste Bordnetzzweig einen ersten Energiespeicher und einen ersten elektrischen Verbraucher aufweist. Zudem weist das Bordnetz einen zweiten Bordnetzzweig auf, wobei der zweite Bordnetzzweig einen zweiten Energiespeicher aufweist. Ferner weist das Bordnetz eine Ermittlungseinheit auf, die zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetz einen DC/DC-Wandler auf, der zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem zweiten Bordnetzzweig ausgebildet ist. Weiterhin weist das Bordnetz eine erste Schaltvorrichtung und eine zweite Schaltvorrichtung auf, wobei ein erster Anschluss des zweiten Energiespeichers in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung mit einem zweiten Anschluss des zweiten Energiespeichers elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung sowie einem inaktiven Zustand des DC/DC-Wandlers von dem zweiten Anschluss des zweiten Energiespeichers elektrisch getrennt ist. Ferner weist das Bordnetz eine Ansteuervorrichtung auf, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 ausgebildet ist.
Das Bordnetz gemäß den genannten Aspekten bzw. Varianten der Anmeldung ermöglicht eine weiter verbesserte Spannungs-Stabilisierung, insbesondere in dem zweiten Bordnetzzweig. Dies erfolgt durch das Vorsehen der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung, die den ersten Anschluss des zweiten Energiespeichers mit dem ersten Bordnetzzweig, einem Bezugspotential oder dem zweiten Anschluss des zweiten Energiespeichers elektrisch koppeln bzw. trennen, sowie der Ermittlungseinheit und der Ansteuervorrichtung, die wie oben erläutert ausgebildet sind. Damit kann die momentane Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers in vorteilhafter Weise bei der Ansteuerung der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers berücksichtigt und die genannten Komponenten entsprechend angesteuert werden.
In einer Ausführungsform der genannten Bordnetze weisen diese zudem eine Vergleichseinheit auf, die zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 mit einem Spannungsschwellenwert U_o ausgebildet ist. In der genannten Ausführungsform ist die Ansteuervorrichtung derart zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers ausgebildet, dass der DC/DC-Wandler deaktiviert wird und die erste Schaltvorrichtung und die zweite Schaltvorrichtung jeweils geschlossen werden, falls U_ist,2 > U_o. In der genannten Ausführungsform wird damit der erste Anschluss des zweiten Energiespeichers mit dem ersten Bordnetzzweig, dem Bezugspotential oder dem zweiten Anschluss des zweiten Energiespeichers elektrisch gekoppelt, falls U_ist,2 > U_o. Damit kann eine momentane Überspannung des zweiten Energiespeichers durch die genannte elektrische Kopplung in möglichst hohem Maße verringert und damit eine dauerhafte Belastung insbesondere des Energiespeichers vermieden werden. Eine Überspannung kann beispielsweise durch eine Fehlfunktion des DC/DC-Wandlers, die zu einem unerwünschten Stromfluss in den zweiten Energiespeicher führt, durch eine externe Beeinflussung des zweiten Energiespeichers, beispielsweise durch Kabelbruch, Kurzschluss oder Fehlbedienung, die zu einem externen Laden des zweiten Energiespeichers führen, oder durch einen Bauteilfehler, insbesondere einen Fehler in der Steuerelektronik, auftreten.
Unter der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 und dem Spannungsschwellenwert U_o wird in der Anmeldung jeweils der Absolutbetrag der Spannung verstanden, das heißt, die jeweiligen Werte weisen ein nicht-negatives Vorzeichen auf.
Der Spannungsschwellenwert U_o kann ein vorbestimmter bzw. vorgebbarer Spannungswert sein. Weiterhin kann der Spannungsschwellenwert U_o in Abhängigkeit eines jeweiligen momentanen Betriebszustands des Fahrzeugs anpassbar sein. Mittels der letztgenannten Ausgestaltung wird eine Anpassung an veränderte bzw. neue Systemzustände sowie eine verbesserte Selbstdiagnose ermöglicht.
Der DC/DC-Wandler, die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung und die Ansteuervorrichtung sind bevorzugt Bestandteil einer Steuereinheit, die auch als Control Unit bezeichnet wird. Damit können die genannten Komponenten in einem einzigen Modul in Form der Steuereinheit bereitgestellt werden. Weiterhin kann der erste Energiespeicher und/oder der zweite Energiespeicher Bestandteil der Steuereinheit sein.
Die Ansteuervorrichtung weist in einer Ausgestaltung eine erste Ansteuereinheit, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung ausgebildet ist, sowie eine zweite Ansteuereinheit, die zum Ansteuern der zweiten Schaltvorrichtung ausgebildet ist, und eine dritte Ansteuereinheit, die zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers ausgebildet ist, auf. Die erste Ansteuereinheit, die zweite Ansteuereinheit und die dritte Ansteuereinheit können dabei wiederum Bestandteil der Steuereinheit sein.
Die erste Schaltvorrichtung und/oder die zweite Schaltvorrichtung sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais und einem Halbleiterschalter, insbesondere einem MOSFET-Schalter oder einem IGBT-Schalter. Damit kann eine elektrische Kopplung bzw. Trennung der jeweiligen Komponenten des Bordnetzes über die genannten Schaltvorrichtungen in einfacher und zuverlässiger Weise erfolgen.
Der zweite Bordnetzzweig kann zudem einen zweiten elektrischen Verbraucher aufweisen. Weiterhin kann das Bordnetz einen dritten Bordnetzzweig aufweisen, wobei der dritte Bordnetzzweig einen dritten elektrischen Verbraucher aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Bordnetz zudem einen Starter eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs und/oder einen Generator auf. Der Starter kann dabei insbesondere als Ritzelstarter oder als Riemenstarter ausgebildet sein und der Generator Bestandteil des ersten Bordnetzzweigs oder des dritten Bordnetzzweigs sein.
Der DC/DC-Wandler ist in einer Ausgestaltung als Synchronwandler ausgebildet. Damit kann ein Energieübertrag zwischen dem ersten Bordnetzzweig, dem zweiten Bordnetzzweig sowie gegebenenfalls dem dritten Bordnetzzweig in einfacher Weise ermöglicht werden.
Der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus zumindest einem Akkumulator, insbesondere zumindest einem Li-Ionen-Akkumulator oder zumindest einem Bleisäure-Akkumulator, und zumindest einem Kondensator, insbesondere zumindest einem Doppelschichtkondensator, sowie Kombinationen der genannten Elemente.
Die Anmeldung betrifft zudem ein Fahrzeug, das ein Bordnetz gemäß einer der genannten Ausführungsformen aufweist. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, und kann als Hybridfahrzeug oder als Fahrzeug mit alleinigem Verbrennungsmotor-Antrieb ausgebildet sein.
Ferner betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes gemäß einer der genannten Ausführungsformen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers. Zudem erfolgt ein Erzeugen von Ansteuersignalen zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung, der zweiten Schaltvorrichtung und des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2.
Das Fahrzeug und das Verfahren gemäß der Anmeldung weisen die bereits im Zusammenhang mit den Bordnetzen gemäß der Anmeldung genannten Vorteile auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zudem ein Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 mit einem Spannungsschwellenwert U_o. Dabei wird der DC/DC-Wandler deaktiviert und die erste Schaltvorrichtung und die zweite Schaltvorrichtung jeweils geschlossen, falls U_ist,2 > U_o.
Der Spannungsschwellenwert U_o kann ein vorbestimmter bzw. vorgebbarer Spannungswert sein. Weiterhin kann ein momentaner Betriebszustand des Fahrzeugs ermittelt und der Spannungsschwellenwert U_o in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Betriebszustands angepasst werden. Beispielsweise kann der Spannungsschwellenwert U_o dem vorbestimmten Spannungswert entsprechen, falls das Fahrzeug von einem deaktivierten Zustand in einen Zustand wechselt, der einen Niedrigenergiemodus bzw. Niedrigverbrauch-Modus bildet, oder falls eine Rücksetzung bzw. ein Reset durchgeführt wurde. Der Niedrigenergiemodus wird dabei auch als Low Power Mode (LPM) bezeichnet.
Bevorzugt wird die erste Schaltvorrichtung geschlossen, nachdem der DC/DC-Wandler deaktiviert wurde und die zweite Schaltvorrichtung geschlossen, nachdem die erste Schaltvorrichtung geschlossen wurde. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die erste Schaltvorrichtung geschlossen ist, bevor die zweite Schaltvorrichtung geschlossen wird. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, falls der aktuelle Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung nicht bekannt ist, typischerweise in einem Ruhemodus des Fahrzeugs, oder bei einer sehr kleinen Systemspannung in dem ersten Bordnetzzweig.
Zudem kann eine Zeitermittlung erfolgen, nachdem die zweite Schaltvorrichtung geschlossen wurde. Dabei wird die zweite Schaltvorrichtung nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Beginn der Zeitermittlung wieder geöffnet. Damit kann das Bordnetz wieder in den ursprünglichen Systemzustand überführt werden. Darüber hinaus kann ein momentaner Betriebszustand des Fahrzeugs ermittelt und die Zeitdauer in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Betriebszustands angepasst werden.
Weiterhin kann zumindest ein Parameter, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Temperatur des zweiten Energiespeichers, einer momentanen Temperatur der Steuereinheit, einer momentanen Spannung in dem ersten Bordnetzzweig, einer momentanen Spannung in dem zweiten Bordnetzzweig, einer momentanen Spannung in dem dritten Bordnetzzweig, einem momentanen Strom in dem ersten Bordnetzzweig und einem momentanen Strom in dem zweiten Bordnetzzweig sowie einem zeitlichen Verlauf zumindest einer der genannten Größen, ermittelt werden und die erste Schaltvorrichtung und/oder die zweite Schaltvorrichtung in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Parameters wieder geöffnet werden, wobei ebenfalls eine Anpassung an den jeweiligen momentanen Betriebszustands des Fahrzeugs möglich ist.
Ausführungsformen der Anmeldung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1A zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Anmeldung;
1B zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Anmeldung;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer dritten Ausführungsform der Anmeldung;
3A zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer vierten Ausführungsform der Anmeldung;
3B zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes gemäß einer fünften Ausführungsform der Anmeldung;
4 zeigt ein Prinzipschaltbild von Bordnetzen gemäß der Anmeldung;
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Bordnetzes gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung.
1A zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Anmeldung. Das Bordnetz 1 kann beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens, sein.
Das Bordnetz 1 weist einen ersten Bordnetzzweig 2 mit einer ersten Nominalspannung U₁, die auch als Vsys1 bezeichnet werden kann, auf, wobei der erste Bordnetzzweig 2 einen ersten elektrischen Energiespeicher 3 und einen ersten elektrischen Verbraucher 4 aufweist. Der erste elektrische Energiespeicher 3 ist beispielsweise als 12-Volt-Li-Ionen-Akkumulator ausgebildet. Der erste elektrische Verbraucher 4 bildet eine dynamische Last und kann beispielsweise als Starter eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors des Fahrzeugs ausgebildet sein.
Zudem weist das Bordnetz 1 einen zweiten Bordnetzzweig 5 mit einer zweiten Nominalspannung U₂, die auch als Vsys2 bezeichnet werden kann, auf. Der zweite Bordnetzzweig 5 weist in der gezeigten Ausführungsform einen zweiten elektrischen Energiespeicher 6 sowie einen zweiten elektrischen Verbraucher 19 auf. Der zweite elektrische Energiespeicher 6 ist beispielsweise wiederum als 12-Volt-Akkumulator, insbesondere als 12-Volt-Li-Ionen-Akkumulator, ausgebildet.
Ferner weist das Bordnetz 1 in der gezeigten Ausführungsform einen dritten Bordnetzzweig 20 mit einer dritten Nominalspannung U₃, die auch als Vsys3 bezeichnet wird, auf. Der dritte Bordnetzzweig 20 weist einen dritten elektrischen Verbraucher 21 auf, der eine dynamische Last, beispielsweise eine elektrische Lenkung, bildet. Darüber hinaus weist das Bordnetz 1 einen Generator 23 auf, der in der gezeigten Ausführungsform Bestandteil des dritten Bordnetzzweigs 20 ist. Der Generator 23 ist über eine nicht näher dargestellte mechanische Kopplung, beispielsweise einen Keilrippenriemen, mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs verbunden.
Der erste Bordnetzzweig 2, der zweite Bordnetzzweig 5 und der dritte Bordnetzzweig 20 weisen in der gezeigten Ausführungsform die gleiche Nominalspannung auf, beispielsweise 12 V, 14 V oder insbesondere bei Lastkraftwagen 24 V, das heißt Vsys1 = Vsys2 = Vsys3.
Das Bordnetz 1 weist weiterhin einen DC/DC-Wandler 8 auf, der als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet ist und insbesondere eine erste elektrische Spannung in eine zweite elektrische Spannung und umgekehrt umwandeln kann. Dazu ist der DC/DC-Wandler 8 in der gezeigten Ausführungsform als Synchronwandler zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig 2 und dem zweiten Bordnetzzweig 5 ausgebildet.
Ferner weist das Bordnetz 1 eine erste Schaltvorrichtung 9 und eine zweite Schaltvorrichtung 10 auf, wobei die erste Schaltvorrichtung 9 und die zweite Schaltvorrichtung 10 in der gezeigten Ausführungsform als Halbleiterschalter in Form von normal sperrenden n-Kanal-MOSFET-Schaltern ausgebildet sind. Die einem MOSFET inhärente Bodydiode ermöglicht dabei in vorteilhafter Weise eine weitere Redundanz insbesondere der ersten Schaltvorrichtung 9 und verhindert eine ungewünschte Entladung des zweiten elektrischen Energiespeicher 6 in den ersten Bordnetzzweig 2 bzw. den dritten Bordnetzzweig 20. In einer weiteren Ausgestaltung können die erste Schaltvorrichtung 9 und/oder die zweite Schaltvorrichtung 10 als Halbleiterschalter in Form von IGBT-Schaltern oder als Relais ausgebildet sein.
Die erste Schaltvorrichtung 9 ist auf einer ersten Kontaktseite, d. h. in der gezeigten Ausführungsform sourceseitig, mit einem ersten Anschluss 24 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 und einem ersten Anschluss 26 des ersten elektrischen Verbrauchers 4 sowie einem ersten Anschluss 34 des DC/DC-Wandlers 8 verbunden. Auf einer zweiten Kontaktseite, d. h. in der gezeigten Ausführungsform drainseitig, ist die erste Schaltvorrichtung 9 mit einer ersten Kontaktseite der zweiten Schaltvorrichtung 10, d. h. in der gezeigten Ausführungsform der Sourceseite der zweiten Schaltvorrichtung 10 und mit einem ersten Anschluss 30 des dritten elektrischen Verbrauchers 21 sowie einem ersten Anschluss 32 des Generators 23 verbunden. Die zweite Schaltvorrichtung 10 ist auf einer zweiten Kontaktseite, d. h. in der gezeigten Ausführungsform drainseitig, mit einem zweiten Anschluss 35 des DC/DC-Wandlers 8 sowie einem ersten Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 und einem ersten Anschluss 28 des zweiten elektrischen Verbrauchers 19 verbunden. Sourceseitig ist die zweite Schaltvorrichtung 10 ferner mit dem ersten Anschluss 30 des dritten elektrischen Verbrauchers 21 sowie dem ersten Anschluss 32 des Generators 23 verbunden.
Ein zweiter Anschluss 25 des ersten elektrischen Energiespeichers 3, ein zweiter Anschluss 27 des ersten elektrischen Verbrauchers 4, ein zweiter Anschluss 13 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 sowie ein zweiter Anschluss 29 des zweiten elektrischen Verbrauchers 19 sind mit einem Bezugspotential in Form eines Massepotentials elektrisch gekoppelt. Weiterhin sind ein zweiter Anschluss 31 des dritten elektrischen Verbrauchers 21 sowie ein zweiter Anschluss 33 des Generators 23 mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt.
Der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 ist in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem gleichzeitig geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10, das heißt in der gezeigten Ausführungsform bei Anlegen einer Steuerspannung in Form einer entsprechenden differentiellen Gate-Source-Spannung an das Gate des jeweiligen n-Kanal-MOSFETs, bei der ein elektrisch leitender Kanal ausgebildet wird, mit dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch gekoppelt. Der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 ist dabei mit dem Pluspfad des ersten Bordnetzzweigs 2, das heißt dem ersten Anschluss 24 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 und dem ersten Anschluss 26 des ersten elektrischen Verbrauchers 4, elektrisch gekoppelt.
In einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem gleichzeitig geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10, das heißt bei Anlegen einer differentiellen Gate-Source-Spannung an das Gate der n-Kanal-MOSFETs, bei der kein elektrisch leitender Kanal ausgebildet wird, und bei zudem deaktiviertem bzw. inaktiven DC/DC-Wandler 8 ist der erste Anschluss 11 von dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch getrennt. Ist lediglich eine der beiden Schaltvorrichtungen 9 und 10 geöffnet und die jeweils andere geschlossen sowie zudem der DC/DC-Wandler 8 deaktiviert, ist der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 in der gezeigten Ausführungsform ebenfalls von dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch getrennt.
Das Bordnetz 1 weist weiterhin eine Ansteuervorrichtung 12 auf, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung 9, der zweiten Schaltvorrichtung 10 und des DC/DC-Wandlers 8 ausgebildet ist. Dazu weist die Ansteuervorrichtung 12 in der gezeigten Ausführungsform eine erste Ansteuereinheit 16, die zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung 9 ausgebildet ist, sowie eine zweite Ansteuereinheit 17, die zum Ansteuern der zweiten Schaltvorrichtung 10 ausgebildet ist, und eine dritte Ansteuereinheit 18, die zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers 8 ausgebildet ist, auf. Die erste Ansteuereinheit 16, die zweite Ansteuereinheit 17 und die dritte Ansteuereinheit 18 können dabei zumindest teilweise monolithisch integriert sein, wobei gegebenenfalls vorhandene Mikrokontroller typischerweise nicht Bestandteil der monolithischen Integration sind.
Die Gateansteuerung der n-Kanal-MOSFETs, das heißt der ersten Schaltvorrichtung 9 und der zweiten Schaltvorrichtung 10, erfolgt differentiell bzw. potentialunabhängig. Die dritte Ansteuereinheit 18 ist zudem über nicht näher dargestellte Signalleitungen mit der ersten Ansteuereinheit 16 und der zweiten Ansteuereinheit 17 verbunden und kann damit Ansteuersignale an diese übermitteln.
Mittels der dritten Ansteuereinheit 18 kann insbesondere die Richtung eines Energieübertrags zwischen dem ersten Bordnetzzweig 2 und dem zweiten Bordnetzzweig 5 über den DC/DC-Wandler 8 festgelegt werden. Weiterhin kann damit der Regelbetrieb des DC/DC-Wandlers 8 festgelegt werden, das heißt, es kann bestimmt werden, ob der DC/DC-Wandler 8 spannungsgeregelt, stromgeregelt oder leistungsgeregelt betrieben wird. Zudem können die erste Ansteuereinheit 16, die zweite Ansteuereinheit 17 und/oder die dritte Ansteuereinheit 18 mit weiteren, nicht näher dargestellten Fahrzeugkomponenten, insbesondere weiteren Steuereinheiten des Fahrzeugs gekoppelt sein, um in Abhängigkeit eines jeweiligen Betriebszustands des Fahrzeugs Ansteuersignale zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung 9, der zweiten Schaltvorrichtung 10 und des DC/DC-Wandlers 8 zu erzeugen.
In der gezeigten Ausführungsform sind der DC/DC-Wandler 8, die erste Schaltvorrichtung 9, die zweite Schaltvorrichtung 10 und die Ansteuervorrichtung 12 mit der ersten Ansteuereinheit 16, der zweiten Ansteuereinheit 17 und der dritten Ansteuereinheit 18 Bestandteil einer Steuereinheit 15, die auch als Control Unit (CU) bezeichnet wird.
Das Bordnetz 1 weist darüber hinaus eine Ermittlungseinheit 7 auf, die zum Ermitteln einer momentanen elektrischen Spannung U_ist,2 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 ausgebildet ist. Ferner weist das Bordnetz 1 eine Vergleichseinheit 14 auf, die zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 mit einem elektrischen Spannungsschwellenwert U_o ausgebildet ist. Der Spannungsschwellenwert U_o ist beispielsweise um einen vorbestimmten Absolut- oder Relativwert größer als die zweite Nominalspannung U₂. Die Ermittlungseinheit 7 sowie die Vergleichseinheit 14 sind in der gezeigten Ausführungsform Bestandteil der dritten Ansteuereinheit 18. Mittels der dritten Ansteuereinheit 18, die wie oben erläutert mit der ersten Ansteuereinheit 16 und der zweiten Ansteuereinheit 17 in Wirkverbindung steht, können die erste Schaltvorrichtung 9, die zweite Schaltvorrichtung 10 und der DC/DC-Wandler 8 damit in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 angesteuert werden. Somit ist die Ansteuervorrichtung 12 zum Ansteuern der genannten Komponenten in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 ausgebildet, wobei die Ansteuervorrichtung 12 in der gezeigten Ausführungsform derart zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung 9, der zweiten Schaltvorrichtung 10 und des DC/DC-Wandlers 8 ausgebildet ist, dass der DC/DC-Wandler 8 deaktiviert wird und die erste Schaltvorrichtung 9 und die zweite Schaltvorrichtung 10 jeweils geschlossen werden, falls U_ist,2 > U_o.
Sourceseitig der ersten Schaltvorrichtung 9 ist ein Pol I eines Vierpols ausgebildet. Weiterhin ist sourceseitig der zweiten Schaltvorrichtung 10 ein Pol II und drainseitig der zweiten Schaltvorrichtung 10 ein Pol III des Vierpols ausgebildet. Ein Pol IV des Vierpols wird durch das Bezugspotential gebildet.
1B zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in 1A werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Das Bordnetz 1 gemäß 1B unterscheidet sich von der in 1A gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Generator 23 Bestandteil des ersten Bordnetzzweigs 2 ist. Damit ist in der gezeigten Ausführungsform die erste Schaltvorrichtung 9 sourceseitig mit dem ersten Anschluss 32 des Generators 23, dem ersten Anschluss 26 des ersten elektrischen Verbrauchers 4 und dem ersten Anschluss 24 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 verbunden. Die zweite Schaltvorrichtung 10 ist in der gezeigten Ausführungsform sourceseitig mit dem ersten Anschluss 30 des dritten elektrischen Verbrauchers 21 sowie der Drainseite der ersten Schaltvorrichtung 9 verbunden.
Die in den 1A und 1B gezeigten Bordnetz-Topologien werden dabei auch als DBM (Dual Battery Management) bezeichnet.
Die erste Schaltvorrichtung 9 wird in den gezeigten Ausführungsformen typischerweise geöffnet, wenn in dem ersten Bordnetzzweig 2 ein kritischer Spannungseinbruch stattfindet, beispielsweise bei einem Fahrzeugstart. In diesem Fall wird die zweite Schaltvorrichtung 10 geschlossen, um den dritten elektrischen Verbraucher 21 mit Energie aus dem zweiten elektrischen Energiespeicher 6 zu versorgen. Somit sind in den gezeigten Ausführungsformen in einem nominalen Betriebsfall die erste Schaltvorrichtung 9 und die zweite Schaltvorrichtung 10 nicht gleichzeitig geschlossen, um unkontrollierte Ausgleichsströme von dem ersten Bordnetzzweig 2 bzw. dem dritten Bordnetzzweig 20 in den zweiten Bordnetzzweig 6 oder umgekehrt zu verhindern. Der nominale Betriebszustand der ersten Schaltvorrichtung 9 ist typischerweise geschlossen und derjenige der zweiten Schaltvorrichtung 10 geöffnet, das heißt, die erste Schaltvorrichtung 9 verbindet den ersten Bordnetzzweig 2 und den dritten Bordnetzzweig 20 miteinander.
Die dritte Ansteuereinheit 18 erfasst mittels der Ermittlungseinheit 7 den Ladezustand des zweiten elektrischen Energiespeichers 6. Ist die Spannung an dem zweiten elektrischen Energiespeicher 6 zu hoch, das heißt außerhalb eines nominalen Bereichs, wird ein sequenzieller Systemablauf gestartet. Dazu werden die erste Schaltvorrichtung 9 und die zweite Schaltvorrichtung 10 in geeigneter Reihenfolge geschlossen. Bevor die zweite Schaltvorrichtung 10 geschlossen bzw. eingeschaltet werden kann, ist typischerweise sicherzustellen, dass die erste Schaltvorrichtung 9 geschlossen ist. Dies ist beispielsweise erforderlich, da der aktuelle Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 unter Umständen nicht bekannt ist, beispielsweise im Ruhemodus des Fahrzeugs oder bei einer am unteren Limit des Betriebsbereichs befindlichen, kleinen Systemspannung in dem ersten Bordnetzzweig 2. Zudem kann damit vermieden werden, dass eine Überspannung in den dritten Bordnetzzweig übergreift, sowie weiterhin eine Schädigung der ersten Schaltvorrichtung 9 verhindert werden.
Zudem wird der Ladungsabfluss von dem zweiten Bordnetzzweig 6 in den ersten Bordnetzzweig 2 bzw. den dritten Bordnetzzweig 20 kontrolliert, bei dem die beiden Schaltvorrichtungen 9 und 10 gleichzeitig geschlossen sind. Diese Kontrolle findet beispielsweise durch eine Zeitlimitierung, die in der gezeigten Ausführungsform durch die dritte Ansteuereinheit 18 gesteuert wird, statt. In weiteren Ausgestaltungen sind andere Parameter als limitierende Größen möglich, beispielsweise Temperatur oder Strom.
Um eine Beschädigung des DC/DC-Wandlers 8 zu vermeiden, wird in dieser Anordnung bei geschlossener zweiter Schaltvorrichtung 10 der Betrieb des DC/DC-Wandlers 8 durch die dritte Ansteuereinheit 18 gestoppt bzw. verriegelt. Dadurch kann eine mögliche Strominjektion von dem zweiten Bordnetzzweig 6 in den ersten Bordnetzzweig 2 und umgekehrt in den DC/DC-Pfad vermieden werden.
In weiteren Topologieanordnungen sind Schalter bzw. Schaltvorrichtungen im Massepfad und speziell potentialgetrennte Systeme möglich.

In Tabelle 1 sind die typischen Schaltzustände bzw. Schaltstellungen der ersten Schaltvorrichtung 9 und der zweiten Schaltvorrichtung 10 sowie der Betriebszustand des DC/DC-Wandlers 8 vor und während des Verfahrensablaufs bei einer ermittelten Überspannung an dem zweiten elektrischen Energiespeicher 6 aufgeführt, das heißt es werden mögliche Anfangszustände und der Zustand nach der Ansteuerung der genannten Komponenten zum Abbau der Überspannung gezeigt. Dabei erfolgt in der gezeigten Ausführungsform eine direkte oder indirekte Ansteuerung der Komponenten mittels der dritten Ansteuereinheit 18, wie im Zusammenhang mit 5 näher erläutert wird.

	erste Ansteuereinheit	zweite Ansteuereinheit	erste Schaltvorrichtung	zweite Schaltvorrich tung	DC/DC-Wandler
Anfangszustand	deaktiviert	deaktiviert	geöffnet	geöffnet	frei wählbar
Anfangszustand	deaktiviert	aktiviert	geöffnet	geschlossen	frei wählbar
Anfangszustand	aktiviert	deaktiviert	geschlossen	geöffnet	frei wählbar
Anfangszustand	aktiviert	aktiviert	geschlossen	geschlossen	frei wählbar
Zustand nach Ansteuerung	aktiviert	aktiviert	geschlossen	geschlossen	deakti viert

Tabelle 1

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den 1A und 1B werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Die in 2 gezeigte Bordnetz-Topologie wird dabei auch als VSS (Voltage Stabilization System) bezeichnet und unterscheidet sich von den in den 1A und 1B gezeigten Ausführungsformen dadurch, dass der zweite Anschluss 25 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 mit der Drainseite der ersten Schaltvorrichtung 9 sowie der Sourceseite der zweiten Schaltvorrichtung 10 elektrisch verbunden ist. Ferner ist die erste Schaltvorrichtung 9 sourceseitig mit dem Bezugspotential gekoppelt.
Der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 ist somit in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10 mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10 von dem Bezugspotential elektrisch getrennt. Unabhängig von dem Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 ist der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 bei geschlossenem Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10 mit dem zweiten Anschluss 25 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 elektrisch gekoppelt. Der erste elektrische Energiespeicher 3 und der zweite elektrische Energiespeicher 6 können somit bei geschlossener zweiter Schaltvorrichtung 10 und gleichzeitig geöffneter erster Schaltvorrichtung 9 elektrisch in Serie geschaltet werden.
Das Bordnetz 1 weist in der gezeigten Ausführungsform lediglich zwei Bordnetzzweige in Form des ersten Bordnetzzweigs 2 und des zweiten Bordnetzzweigs 5 auf. Weiterhin weist das Bordnetz 1 in der gezeigten Ausführungsform einen Starter 22 auf, der in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise als Ritzelstarter ausgebildet und Bestandteil des ersten Bordnetzzweigs 2 ist, wobei ein erster Anschluss 36 des Starters 22 mit dem Pluspfad des ersten Bordnetzzweigs 2 verbunden ist und ein zweiter Anschluss 37 des Starters 22 mit dem Bezugspotential gekoppelt ist. Der Generator 23 ist in der gezeigten Ausführungsform als Startergenerator ausgebildet und ebenfalls Bestandteil des ersten Bordnetzzweigs 2.
Ferner kann das Bordnetz 1 eine nicht näher dargestellte elektrische Maschine aufweisen, die mehrere Betriebszustände besitzt, wobei sie je nach Betriebszustand einen Startergenerator oder einen Elektromotor des Fahrzeugs bildet. Damit kann die elektrische Maschine je nach Betriebszustand ein variables Drehmoment bereitstellen bzw. elektrische Energie erzeugen oder als Antriebsaggregat des Fahrzeugs fungieren. Der Betriebszustand der elektrischen Maschine wird dabei mittels einer ebenfalls nicht näher dargestellten Steuereinheit eingestellt.
Der erste Bordnetzzweig 2 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Nominalspannung auf, die größer ist als die Nominalspannung des zweiten Bordnetzzweigs 5, das heißt Vsys1 > Vsys2. Beispielsweise beträgt die Nominalspannung Vsys1 12 V oder 14 V und die Nominalspannung Vsys2 3 V bis 5 V.
Ein Pol I eines Vierpols ist sourceseitig der ersten Schaltvorrichtung 9 ausgebildet. Weiterhin bildet der zweite Anschluss 25 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 einen Pol II des Vierpols. Ein Pol III ist sourceseitig der zweiten Schaltvorrichtung 10 ausgebildet und ein Pol IV des Vierpols wird durch das Bezugspotential gebildet.
3A zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Die in 3A gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1A gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der zweite Bordnetzzweig 5 lediglich den zweiten elektrischen Energiespeicher 6 aufweist, wobei der zweite Anschluss 13 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 mit dem Pluspfad des ersten Bordnetzzweigs 2, das heißt dem ersten Anschluss 24 des ersten elektrischen Energiespeichers 3 und dem ersten Anschluss 26 des ersten elektrischen Verbrauchers 4, sowie mit dem ersten Anschluss 34 des DC/DC-Wandlers 8 und der Sourceseite der ersten Schaltvorrichtung 9 elektrisch gekoppelt ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist der erste Anschluss 11 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 damit in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10 mit dem zweiten Anschluss 13 des zweiten elektrischen Energiespeichers 6 elektrisch gekoppelt und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung 9 und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung 10 bei gleichzeitig deaktiviertem DC/DC-Wandler 8 von dem zweiten Anschluss 13 elektrisch getrennt.
In der gezeigten Ausführungsform weisen der erste Bordnetzzweig 2 und der dritte Bordnetzzweig 20 die gleiche Nominalspannung auf, die dabei größer ist als die Nominalspannung des zweiten Bordnetzzweigs 5, das heißt es gilt Vsys1 = Vsys3 und Vsys1 > Vsys2. Beispielsweise beträgt die Nominalspannung Vsys1 12 V bis 14 V oder insbesondere bei Lastkraftwagen 24 V und die Nominalspannung Vsys2 3 V bis 5 V oder insbesondere bei Lastkraftwagen 6 V bis 10 V.
Ein Pol I eines Vierpols ist sourceseitig der ersten Schaltvorrichtung 9 ausgebildet. Weiterhin ist ein Pol II sourceseitig der zweiten Schaltvorrichtung 10 und ein Pol III drainseitig der zweiten Schaltvorrichtung 10 ausgebildet. Ein Pol IV des Vierpols wird von dem ersten Anschluss 34 des DC/DC-Wandlers 8 gebildet.
3B zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bordnetzes 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs gemäß einer fünften Ausführungsform der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Das Bordnetz 1 gemäß der in 3B gezeigten Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3A gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Generator 23 Bestandteil des ersten Bordnetzzweigs 2 ist. Dabei ist der erste Anschluss 32 des Generators 23 mit dem Pluspfad des ersten Bordnetzzweigs 2 und der zweite Anschluss 33 des Generators 23 mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt.
Die in den 3A und 3B gezeigte Bordnetz-Topologie wird auch als CPSS (Cranking Pulse Stabilization System) bezeichnet.
Weiterhin können der erste Bordnetzzweig 2, der zweite Bordnetzzweig 5 und/oder der dritte Bordnetzzweig 20 zusätzlich zu den in den 1A bis 3B gezeigten elektrischen Verbrauchern weitere elektrische Verbraucher aufweisen, d. h. der erste Bordnetzzweig 2, der zweite Bordnetzzweig 5 und der dritte Bordnetzzweig 20 können jeweils zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisen, wobei der zweite Bordnetzzweig 5 in den, in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen keinen elektrischen Verbraucher aufweist. Ferner können elektrische Verbraucher auch in der Steuereinheit 15 angeordnet sein.
4 zeigt ein Prinzipschaltbild von Bordnetzen gemäß der Anmeldung. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Wie in 4 schematisch dargestellt ist, kann ein Energieaustausch zwischen dem ersten Bordnetzzweig 2, der ein erstes Energiesystem Esys1 bildet, dem zweiten Bordnetzzweig 5, der ein zweites Energiesystem Esys2 bildet, und dem dritten Bordnetzzweig 20, der ein drittes Energiesystem Esys3 bildet, mittels der Steuereinheit 15 erfolgen. Die Steuereinheit 15 verbindet die drei Energiesysteme Esys1, Esys2 und Esys3 miteinander und ermöglicht damit den Energieaustausch zwischen den drei Systemen. Der Energieübertrag zwischen dem ersten Bordnetzzweig 2, dem zweiten Bordnetzzweig 5, dem dritten Bordnetzzweig 20 und der Steuereinheit 15 ist dabei in 4 schematisch mittels Kopplungen A, B und C dargestellt.
Insbesondere Bordnetze in Fahrzeugen können aus den drei Energiesystemen Esys1, Esys2 und Esys3 bestehen bzw. diese aufweisen. Innerhalb der Energiesysteme, besonders bei Esys2, werden Energiespeicher wie beispielsweise Doppelschichtkondensatoren oder Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt. Diese Energiespeicher werden verwendet, um bei einem Spannungseinbruch in Esys1, beispielsweise bei einem Motorstart, Energie für sensitive Systemlasten zur Verfügung zu stellen. Die Energiespeicher aus Esys2 haben typischerweise ein Kondensatorverhalten und sind daher auf einen maximalen Ladezustand zu begrenzen, da sonst eine zu hohe Zellenspannung oder eine zu hohe Spannung im gesamten Energiespeichermodul entstehen könnte. Der Generator, der beispielsweise in Esys3 integriert ist, stellt im Wesentlichen die Energie für Esys1 und Esys2 zur Verfügung.
Wie im Folgenden weiter erläutert wird, kann mittels eines Verfahrens gemäß der Anmeldung speziell der Energiespeicher in Esys2 geschützt werden. Dabei gilt der Schutzmechanismus in analoger Weise, falls ein Energiespeicher wie derjenige in Esys2 auch in Esys1 oder Esys3 enthalten ist.
5 zeigt dazu ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Bordnetzes gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung.
Das Bordnetz entspricht dabei einem der oben genannten Bordnetze. Insbesondere kann das Bordnetz einem der Bordnetze der in den 1A bis 3B gezeigten Ausführungsformen oder einer anderen Bordnetz-Topologie mit einer ersten Schaltvorrichtung und einer zweiten Schaltvorrichtung entsprechen.
Das Verfahren wird in einem Schritt 40 initialisiert und eine momentane Spannung U_ist,2 des zweiten elektrischen Energiespeichers ermittelt.
In einem Schritt 50 wird ermittelt, ob die momentane Spannung U_ist,2 des zweiten elektrischen Energiespeichers einen vorbestimmten Schwellenwert U_o überschreitet, das heißt, es wird ermittelt, ob die Beziehung U_ist,2 > U_o gilt. Damit kann beispielsweise mittels der dritten Ansteuereinheit bestimmt werden, ob eine zu große Spannung an dem zweiten Energiespeicher und damit an Esys2 anliegt.
Überschreitet die ermittelte momentane Spannung U_ist,2 den Spannungsschwellenwert U_o nicht, werden die Schritte 40 und 50 wiederholt ausgeführt.
Überschreitet hingegen die ermittelte momentane Spannung U_ist,2 den Spannungsschwellenwert U_o, verriegelt oder deaktiviert die dritte Ansteuereinheit den DC/DC-Wandler in einem Schritt 60.
Zudem übermittelt die dritte Ansteuereinheit ein Ansteuersignal an die zweite Ansteuereinheit, die in einem Schritt 70 die zweite Schaltvorrichtung öffnet. Weiterhin übermittelt die dritte Ansteuereinheit ein Ansteuersignal an die erste Ansteuereinheit, die in einem Schritt 80 die erste Schaltvorrichtung schließt.
In einem Schritt 90 wird von der ersten Ansteuereinheit eine Rückmeldung an die dritte Ansteuereinheit über den Schaltstatus der ersten Schaltvorrichtung gesendet und in einem Schritt 100 wird überprüft, ob die erste Schaltvorrichtung geschlossen ist.
Ist dies nicht der Fall, werden die Schritte 80, 90 und 100 wiederholt ausgeführt.
Wird hingegen in dem Schritt 100 ermittelt, dass die erste Schaltvorrichtung geschlossen ist, übermittelt die dritte Ansteuereinheit ein Ansteuersignal an die zweite Ansteuereinheit, die die zweite Schaltvorrichtung in einem Schritt 110 schließt.
Nachdem die zweite Schaltvorrichtung geschlossen wurde, wird in einem Schritt 120 eine Zeitermittlung bzw. ein Timer gestartet und in einem Schritt 130 überprüft, ob eine vorbestimmte Zeitdauer nach Beginn der Zeitermittlung erreicht ist, das heißt es wird ermittelt, ob der Timer abgelaufen ist.
Ist dies nicht der Fall, wird der Schritt 130 wiederholt ausgeführt.
Ist hingegen die vorbestimmte Zeitdauer erreicht bzw. überschritten, übermittelt die dritte Ansteuereinheit ein Ansteuersignal an die zweite Ansteuereinheit, die in einem Schritt 140 die zweite Schaltvorrichtung öffnet.
Zudem wird in einem Schritt 150 die Ansteuerung der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung von der dritten Ansteuereinheit zurück an die erste Ansteuereinheit bzw. die zweite Ansteuereinheit gegeben.
Ferner wird das Bordnetz in einem Schritt 160 in den ursprünglichen oder einen momentan angeforderten Betriebszustand zurückgeführt und die Verfahrenssequenz in einem Schritt 170 beendet. Anschließend kann das Verfahren wieder mit dem Schritt 40 beginnen.
Bezugszeichenliste

1: Bordnetz
2: Bordnetzzweig
3: Energiespeicher
4: Verbraucher
5: Bordnetzzweig
6: Energiespeicher
7: Ermittlungseinheit
8: DC/DC-Wandler
9: Schaltvorrichtung
10: Schaltvorrichtung
11: Anschluss
12: Ansteuervorrichtung
13: Anschluss
14: Vergleichseinheit
15: Steuereinheit
16: Ansteuereinheit
17: Ansteuereinheit
18: Ansteuereinheit
19: Verbraucher
20: Bordnetzzweig
21: Verbraucher
22: Starter
23: Generator
24: Anschluss
25: Anschluss
26: Anschluss
27: Anschluss
28: Anschluss
29: Anschluss
30: Anschluss
31: Anschluss
32: Anschluss
33: Anschluss
34: Anschluss
35: Anschluss
36: Anschluss
37: Anschluss
40: Schritt
50: Schritt
60: Schritt
70: Schritt
80: Schritt
90: Schritt
100: Schritt
110: Schritt
120: Schritt
130: Schritt
140: Schritt
150: Schritt
160: Schritt
170: Schritt
I: Pol
II: Pol
III: Pol
IV: Pol
A: Kopplung
B: Kopplung
C: Kopplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010029788 A1 [0002]

Claims

Bordnetz für ein Fahrzeug aufweisend – einen ersten Bordnetzzweig (2), wobei der erste Bordnetzzweig (2) einen ersten Energiespeicher (3) und einen ersten elektrischen Verbraucher (4) aufweist, – einen zweiten Bordnetzzweig (5), wobei der zweite Bordnetzzweig (5) einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist, – eine Ermittlungseinheit (7) ausgebildet zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers (6), – einen DC/DC-Wandler (8), ausgebildet zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig (2) und dem zweiten Bordnetzzweig (5), – eine erste Schaltvorrichtung (9) und eine zweite Schaltvorrichtung (10), wobei ein erster Anschluss (11) des zweiten Energiespeichers (6) in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) mit dem ersten Bordnetzzweig (2) elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) sowie einem inaktiven Zustand des DC/DC-Wandlers (8) von dem ersten Bordnetzzweig (2) elektrisch getrennt ist, – eine Ansteuervorrichtung (12) ausgebildet zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2.
Bordnetz für ein Fahrzeug aufweisend – einen ersten Bordnetzzweig (2), wobei der erste Bordnetzzweig (2) einen ersten Energiespeicher (3) und einen ersten elektrischen Verbraucher (4) aufweist, – einen zweiten Bordnetzzweig (5), wobei der zweite Bordnetzzweig (5) einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist, – eine Ermittlungseinheit (7) ausgebildet zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers (6), – einen DC/DC-Wandler (8), ausgebildet zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig (2) und dem zweiten Bordnetzzweig (5), – eine erste Schaltvorrichtung (9) und eine zweite Schaltvorrichtung (10), wobei ein erster Anschluss (11) des zweiten Energiespeichers (6) in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) mit einem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) von dem Bezugspotential elektrisch getrennt ist, – eine Ansteuervorrichtung (12) ausgebildet zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2.
Bordnetz für ein Fahrzeug aufweisend – einen ersten Bordnetzzweig (2), wobei der erste Bordnetzzweig (2) einen ersten Energiespeicher (3) und einen ersten elektrischen Verbraucher (4) aufweist, – einen zweiten Bordnetzzweig (5), wobei der zweite Bordnetzzweig (5) einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist, – eine Ermittlungseinheit (7) ausgebildet zum Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers (6), – einen DC/DC-Wandler (8), ausgebildet zum bidirektionalen Übertragen von Energie zwischen dem ersten Bordnetzzweig (2) und dem zweiten Bordnetzzweig (5), – eine erste Schaltvorrichtung (9) und eine zweite Schaltvorrichtung (10), wobei ein erster Anschluss (11) des zweiten Energiespeichers (6) in einem geschlossenen Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geschlossenen Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) mit einem zweiten Anschluss (13) des zweiten Energiespeichers (6) elektrisch gekoppelt ist und in einem geöffneten Schaltzustand der ersten Schaltvorrichtung (9) und einem geöffneten Schaltzustand der zweiten Schaltvorrichtung (10) sowie einem inaktiven Zustand des DC/DC-Wandlers (8) von dem zweiten Anschluss (13) des zweiten Energiespeichers (6) elektrisch getrennt ist, – eine Ansteuervorrichtung (12) ausgebildet zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zudem aufweisend eine Vergleichseinheit (14) ausgebildet zum Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 mit einem Spannungsschwellenwert U_o, wobei die Ansteuervorrichtung (12) derart zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) ausgebildet ist, dass der DC/DC-Wandler (8) deaktiviert wird und die erste Schaltvorrichtung (9) und die zweite Schaltvorrichtung (10) jeweils geschlossen werden, falls U_ist,2 > U_o.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der DC/DC-Wandler (8), die erste Schaltvorrichtung (9), die zweite Schaltvorrichtung (10) und die Ansteuervorrichtung (12) Bestandteil einer Steuereinheit (15) sind.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuervorrichtung (12) eine erste Ansteuereinheit (16) ausgebildet zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), eine zweite Ansteuereinheit (17) ausgebildet zum Ansteuern der zweiten Schaltvorrichtung (10) und eine dritte Ansteuereinheit (18) ausgebildet zum Ansteuern des DC/DC-Wandlers (8) aufweist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltvorrichtung (9) und/oder die zweite Schaltvorrichtung (10) ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais und einem Halbleiterschalter.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bordnetzzweig (5) zudem einen zweiten elektrischen Verbraucher (19) aufweist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen dritten Bordnetzzweig (20), wobei der dritte Bordnetzzweig (20) einen dritten elektrischen Verbraucher (21) aufweist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Starter (22) eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs und/oder einen Generator (23).
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Ermitteln einer momentanen Spannung U_ist,2 des zweiten Energiespeichers (6), – Erzeugen von Ansteuersignalen zum Ansteuern der ersten Schaltvorrichtung (9), der zweiten Schaltvorrichtung (10) und des DC/DC-Wandlers (8) in Abhängigkeit der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zudem ein Vergleichen der ermittelten momentanen Spannung U_ist,2 mit einem Spannungsschwellenwert U_o erfolgt und wobei der DC/DC-Wandler (8) deaktiviert wird und die erste Schaltvorrichtung (9) und die zweite Schaltvorrichtung (10) jeweils geschlossen werden, falls U_ist,2 > U_o.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Schaltvorrichtung (9) geschlossen wird nachdem der DC/DC-Wandler (8) deaktiviert wurde und die zweite Schaltvorrichtung (10) geschlossen wird nachdem die erste Schaltvorrichtung (9) geschlossen wurde.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zudem eine Zeitermittlung erfolgt nachdem die zweite Schaltvorrichtung (10) geschlossen wurde und wobei die zweite Schaltvorrichtung (10) nach einer vorbestimmten Zeitdauer wieder geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei zudem zumindest ein Parameter ermittelt wird, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Temperatur des zweiten Energiespeichers (6), einer momentanen Temperatur der Steuereinheit (15), einer momentanen Spannung in dem ersten Bordnetzzweig (2), einer momentanen Spannung in dem zweiten Bordnetzzweig (5), einer momentanen Spannung in dem dritten Bordnetzzweig (20), einem momentanen Strom in dem ersten Bordnetzzweig (2) und einem momentanen Strom in dem zweiten Bordnetzzweig (5), und wobei die erste Schaltvorrichtung (9) und/oder die zweite Schaltvorrichtung (10) in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Parameters wieder geöffnet wird.