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Stand der Technik
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Eine Bremseinrichtung oder eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs kann elektronisch statt mechanisch oder hydraulisch beaufschlagt werden. Um die Funktionsweise einer derartigen elektrischen Bremseinrichtung oder Lenkeinrichtung zu gewährleisten, ist erforderlich, diese über ein Bordnetz zuverlässig mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 053 691 A1 beschreibt ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Spannungswandler und einer Spannungsquelle, die miteinander verbunden sind, wobei die Spannungsquelle eine Quellenspannung bereitstellt. Ein Basisenergiespeicher ist mit dem Spannungswandler verbunden und dazu ausgebildet, eine Basisspannung bereitzustellen, die betragsmäßig geringer als die Quellenspannung ist. Verbraucher des Bordnetzes sind zu dem Spannungswandler oder zu dem Basisspeicher koppelbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Bordnetz und eine Einrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen des Bordnetzes und der Einrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Das vorgestellte Bordnetz umfasst mindestens ein Basisbordnetz, für das als elektrische Größe eine Basisbordnetzspannung vorgesehen ist, die für das mindestens eine Basisbordnetz einen basisbordnetzspezifischen, bspw. maximalen Wert aufweist. Demnach ist möglich, dass das Bordnetz lediglich ein einziges Basisbordnetz oder mehrere Basisbordnetze, bspw. mindestens zwei Basisbordnetze, aufweist, wobei für jedes Basisbordnetz ein maximaler Wert der Basisbordnetzspannung als elektrische Größe vorgesehen ist, wobei sich die maximalen Werte für die Basisbordnetzspannungen der einzelnen Basisbordnetze voneinander unterscheiden.
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Außerdem umfasst das vorgestellte Bordnetz mindestens zwei Teilbordnetze, die an einem jeweiligen Basisbordnetz des Bordnetzes, in der Regel über einen Kanal und somit eine elektrische Leitung, angeschlossen sind. Jedes Teilbordnetz umfasst mindestens einen elektrischen Verbraucher und ggf. mindestens einen elektrischen Energiespeicher. Der mindestens eine elektrische Verbraucher und der mindestens eine elektrische Energiespeicher sind zueinander parallel geschaltet und über einen gemeinsamen Gleichspannungswandler an dem Kanal und somit an dem jeweiligen Basisbordnetz angeschlossen. Abhängig von einer Charakteristik der Verbraucher im jeweiligen Teilbordnetz kann ggf. der zum jeweiligen Teilbordnetz gehörige elektrische Energiespeicher entfallen.
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Bei einem Betrieb des Bordnetzes ist für jedes Teilbordnetz für mindestens eine elektrische Größe ein Wertebereich vorgegeben und/oder vorgesehen, wobei ein Wert der mindestens einen Größe in Ausgestaltung größer als ein minimaler Wert des Wertebereichs sowie kleiner als ein maximaler Wert des Wertebereichs ist. Mindestens eine Größe, für die der jeweilige Wertebereich innerhalb des jeweiligen Teilbordnetzes vorgegeben ist, ist bspw. als Spannung, als Strom oder als elektrische Leistung ausgebildet. Der jeweils vorgegebene Wertebereich der mindestens einen elektrischen Größe ist über einen Gleichspannungswandler bzw. Gleichstromwandler, über den der mindestens eine Verbraucher des jeweiligen Teilbordnetzes an dem Basisbordnetz angeschlossen ist, einzustellen. Somit ist u. a. möglich, Verbraucher von zwei unterschiedlichen Teilbordnetzen, die an demselben Basisbordnetz angeschlossen sind, in unterschiedlichen Wertebereichen der Spannung, des Stroms und/oder der Leistung zu betreiben.
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Durch Vorsehen eines Wertebereichs der mindestens einen elektrischen Größe in einem jeweiligen Teilbordnetz können für Verbraucher desselben Teilbordnetzes dieselben Anforderungsmerkmale hinsichtlich ihrer elektrischen Versorgung erfüllt werden.
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Zueinander redundante Verbraucher sind unterschiedlichen Teilbordnetzen zugeordnet. Alternativ oder ergänzend sind sicherheitsrelevante Verbraucher insbesondere wahlweise unterschiedlichen Teilbordnetzen zugeordnet. In weiterer alternativer oder ergänzender Ausgestaltung sind Verbraucher mit ähnlichen Anforderungsmerkmalen an die elektrische Versorgung insbesondere wahlweise demselben Teilbordnetz zugeordnet.
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Außerdem ist möglich, zwei Verbraucher, die an zwei unterschiedlichen Teilbordnetzen angeschlossen sind, einer Einrichtung, bspw. einer Bremseinrichtung oder einer Lenkeinrichtung, die zum Beeinflussen einer Bewegung und/oder Trajektorie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, zuzuordnen, wobei diese beiden Verbraucher alternativ oder ergänzend zueinander redundant ausgebildet sind. Diese beiden genannten Verbraucher sind als Komponenten von zwei Teilbordnetzen ausgebildet, die wiederum an zwei unterschiedlichen Basisbordnetzen angeschlossen sind, die unterschiedliche Werte für eine bspw. maximale basisbordnetzspezifische Bordnetzspannung aufweisen. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass die beiden Teilbordnetze, die die beiden Verbraucher aufweisen, die entweder derselben Einrichtung zugeordnet und/oder zueinander redundant ausgebildet sind, an demselben Basisbordnetz angeschlossen sind.
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Über das vorgestellte Bordnetz sind nunmehr verschiedene Verbraucher des Kraftfahrzeugs zuverlässig mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies ist auch für ein Kraftfahrzeug möglich, mit dem ein hochautomatisches und/oder autonomes Fahren durchgeführt werden soll. Bei einem derartigen Kraftfahrzeug kann während einer Fahrt regelmäßig der Fall eintreten, dass eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und/oder energetische Rückfallebene, die üblicherweise durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs bereitzustellen ist, für eine definierte Zeit nicht oder nur eingeschränkt vorhanden ist. Durch Nutzung des Bordnetzes dieses Kraftfahrzeugs ist es nunmehr auch möglich, eine Einrichtung mit einer erhöhten Sicherheitsrelevanz automatisch zu betreiben und somit den Fahrer von einer üblicherweise vorgesehenen Verantwortung beim Steuern der Bewegung des Kraftfahrzeugs zu entlasten.
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Mit dem Bordnetz ist u. a. die Norm ECE-R13-H für eine als Bremseinrichtung ausgebildete Einrichtung mit fremdkraftbetätigten Bremsen mit zwei voneinander unabhängigen Energiespeichern mit je einer eigenen, ebenfalls unabhängigen Übertragungseinrichtung zu realisieren, da mit dem Bordnetz in Ausgestaltung zwei unabhängige elektrische Energiespeicher und zwei unabhängige elektrische Übertragungskanäle zum Übertragen elektrischer Energie an zwei zueinander redundante Verbraucher möglich ist. Alternativ oder ergänzend ist eine als Lenkeinrichtung ausgebildete Einrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer hochautomatischen Fahrt mit zwei elektrischen Übertragungskanälen mit elektrischer Energie zu versorgen. Üblicherweise sind über das Bordnetz unterschiedliche Verbraucher, bspw. Sensoren, Aktoren und/oder Steuergeräte, über unterschiedliche elektrische Übertragungskanäle mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel für ein Bordnetz, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Beispiel für ein Bordnetz, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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4 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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5 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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6 zeigt in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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7 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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8 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
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Das in 1 schematisch dargestellte erste Beispiel für ein Bordnetz 2 für ein Kraftfahrzeug, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfasst ein erstes Basisbordnetz 4 mit einer ersten Basisbordnetzspannung von hier bspw. 48 V und ein zweites Basisbordnetz 6 mit einer zweiten Basisbordnetzspannung von bspw. 14 V. Diese beiden Basisbordnetze 4, 6 sind über einen Gleichspannungswandler 8 miteinander verbunden. Das erste Basisbordnetz 4 umfasst hier eine elektrische Maschine 10, einen als Batterie ausgebildeten Energiespeicher 12 sowie einen elektrischen Verbraucher 14. Das zweite Bordnetz 6 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 16 sowie einen Verbraucher 18. Dabei weisen die beiden Verbraucher 14, 18 für das Kraftfahrzeug allenfalls eine geringe oder gar keine Sicherheitsrelevanz auf. Die elektrische Maschine 10 kann wahlweise mit einer, in 1 und 2 aus Übersichtsgründen nicht dargestellten, Leistungselektronik zur Ansteuerung der Maschine ausgestattet sein.
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Die zweite Ausführungsform des Bordnetzes 20 für ein Kraftfahrzeug, das aus dem Stand der Technik bekannt und in 2 schematisch dargestellt ist, umfasst neben den beiden Basisbordnetzen 4, 6 und dem Gleichspannungswandler 8, die auch als Komponenten des Bordnetzes 2 aus 1 vorgesehen sind, einen ersten Kanal 22 und einen zweiten Kanal 24. Dabei sind an dem ersten Kanal 22 ein elektrischer Energiespeicher 26 und ein Verbraucher 28 angeschlossen, die wiederum über einen Gleichspannungswandler 30 mit dem ersten Basisbordnetz 4 verbunden sind. An dem zweiten Kanal sind ein elektrischer Energiespeicher 32 und ein Verbraucher 34 angeschlossen, die über einen Gleichspannungswandler 36 mit dem zweiten Basisbordnetz 6 verbunden sind. Dabei ist hier vorgesehen, dass die beiden Verbraucher 28, 34 derselben sicherheitsrelevanten Einrichtung zum Beeinflussen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs, bspw. einer Bremseinrichtung oder Lenkeinrichtung, zugeordnet sind.
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Die insgesamt sechs Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48 für ein Kraftfahrzeug sind anhand der 3, 4, 5, 6, 7, 8 schematisch dargestellt. Dabei umfasst jedes Bordnetz 38, 40, 42, 44, 46, 48 ein erstes Basisbordnetz 50 mit einer ersten basisbordnetzspezifischen Basisbordnetzspannung von bspw. 48 V. Hierbei umfasst das jeweilige erste Basisbordnetz 50 eine elektrische Maschine 52, die sowohl als Motor oder als Generator zu betreiben ist, wobei diese elektrische Maschine 52 bei einem Betrieb als Generator auch als elektrische Energiequelle zu nutzen ist. Dabei ist die elektrische Maschine 52 zur Ansteuerung mit einer in den 3 bis 8 nicht weiter dargestellten Leistungselektronik ausgestattet. Außerdem umfasst das erste Basisbordnetz 50 einen elektrischen Energiespeicher 54 sowie einen elektrischen Verbraucher 56.
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Die ersten fünf Ausführungsformen des Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46 umfassen jeweils ein zweites Basisbordnetz 58, 59, das hier eine zweite basisbordnetzspezifische Basisbordnetzspannung von bspw. 14 V oder alternativ von bspw. 28 V aufweist. Dabei sind diese beiden Basisbordnetze 50, 58, 59 über einen Gleichspannungswandler 60 miteinander verbunden. Demnach umfassen diese Ausführungsformen des Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46 jeweils zwei Basisbordnetze 50, 58, 59 mit unterschiedlichen maximalen Basisbordnetzspannungen.
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Die sechste Ausführungsform des Bordnetzes 48 aus 8 umfasst dagegen nur eine einzige basisbordnetzspezifische Basisbordnetzspannung von hier bspw. 48 V und somit definitionsgemäß nur das eine, erste Basisbordnetz 50.
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Bei der ersten, vierten und fünften Ausführungsform des Basisbordnetzes 38, 44, 46, die in den 3, 5 und 7 gezeigt sind, umfasst das jeweilige zweite Basisbordnetz 58 einen hier als Batterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 62 und einen Verbraucher 64, die in den jeweiligen 3, 6 und 7 auch explizit dargestellt sind. Derartige Komponenten sind dagegen in einem jeweiligen Basisbordnetz 59 der zweiten und dritten Ausführungsform des Bordnetzes 40, 42 in den 4 und 5 nicht explizit gezeigt. In der zweiten und dritten Ausführungsform des Bordnetzes bilden das Basisbordnetz 59 und der Kanal 69 eine Einheit. Dies bedeutet, dass Basisbordnetz 59 und Kanal 69 identisch sind. Hierbei werden Verbraucher mit keiner oder geringer Sicherheitsrelevanz aus dem Kanal 69 versorgt. In den 4 und 5 repräsentieren die Verbraucher 103 jene Verbraucher des Basisbordnetzes 59, die eine geringe oder keine Sicherheitsrelevanz aufweisen, wohingegen die Verbraucher 105 Verbraucher mit hoher Sicherheitsrelevanz darstellen.
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Die erste Ausführungsform des Bordnetzes 38 aus 3 umfasst einen ersten Kanal 66.1 und einen zweiten Kanal 68.1. Dabei sind an dem ersten Kanal 66.1 ein erstes Teilbordnetz 70.1 und ein zweites Teilbordnetz 72.1 angeschlossen. Das erste Teilbordnetz 70.1 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 74.1 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 76.1, die über einen Gleichspannungswandler 78.1 an dem Kanal 66.1 angeschlossen sind. Das zweite Teilbordnetz 72.1 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 80.1 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 82.1, die über einen Gleichspannungswandler 84.1 an dem ersten Kanal 66.1 angeschlossen sind. An dem zweiten Kanal 68.1 sind ein erstes Teilbordnetz 86.1 und ein zweites Teilbordnetz 88.1 angeschlossen. Dabei umfasst das erste Teilbordnetz 86.1 einen ersten elektrischen Energiespeicher 90.1 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 92.1, die über einen Gleichspannungswandler 94.1 an dem zweiten Kanal 68.1 angeschlossen sind. Das zweite Teilbordnetz 88.1 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 96.1 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 98.1, die hier über einen Gleichspannungswandler 100.1 an dem zweiten Kanal 68.1 angeschlossen sind. Die elektrischen Energiespeicher 80.1, 96.1 können wahlweise entfallen, wenn der Gleichspannungswandler 84.1, 100.1 die benötigte Spitzenleistung und Lastdynamik des mindestens einen Verbrauchers 82.1, 98.1 bereitstellen kann. Für sämtliche Ausführungsformen des Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48 gilt, dass wahlweise auch mehr als zwei Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 in jedem Kanal 66.1, 66.2, 68.1, 68.2, 69, 102 eines jeweiligen Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48 vorgesehen werden können.
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Bei dieser ersten Ausführungsform des Bordnetzes 38 sind das erste Teilbordnetz 70.1 und das zweite Teilbordnetz 72.1 an dem ersten Basisbordnetz 50 mit der hohen Basisbordnetzspannung von bspw. 48 V angeschlossen. Dagegen sind das erste Teilbordnetz 86.1 und das zweite Teilbordnetz 88.1 an dem zweiten Basisbordnetz 58 mit der niedrigeren Basisbordnetzspannung von bspw. 14 Volt angeschlossen. Bei einem Betrieb dieses Bordnetzes 38 ist von einem jeweiligen Gleichspannungswandler 78.1, 84.1, 94.1, 100.1 für die Verbraucher 76.1, 82.1, 92.1, 98.1 ausgehend von der jeweiligen Basisbordnetzspannung, die über einen jeweiligen Kanal 66.1, 68.1 dem jeweiligen Teilbordnetz 70.1, 72.1, 86.1, 88.1 bereitgestellt wird, mindestens eine elektrische Größe auf einen vorgegebenen Wertebereich einzustellen. Dabei sind jeweils zwei Verbraucher 76.1, 82.1, 92.1, 98.1, die als Komponenten von zwei verschiedenen Teilbordnetzen 70.1, 72.1, 86.1, 88.1 ausgebildet sind, sicherheitsrelevant, zueinander redundant und/oder einer gemeinsamen Einrichtung zugeordnet, die zum Beeinflussen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei diesen beiden besagten Verbrauchern 76.1, 82.1, 92.1, 98.1 handelt es sich um zwei Verbraucher 76.1, 82.1, 92.1, 98.1, die über einen jeweiligen Gleichspannungswandler 78.1, 84.1, 94.1, 88.1 an demselben Basisbordnetz 50, 58 oder an zwei unterschiedlichen Basisbordnetzen 50, 58 angeschlossen sind.
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Die zweite Ausführungsform des Bordnetzes 40 (4) umfasst neben dem ersten Kanal 66.1 mit den beiden daran angeschlossenen Teilbordnetzen 70.1, 72.1, der bzw. die bereits voranstehend vorgestellt wurde bzw. wurden, einen zweiten Kanal 69, an dem ein elektrischer Energiespeicher 101 sowie ein erster Verbraucher 103 und ein zweiter Verbraucher 105 angeschlossen sind. Der erste Verbraucher 103 repräsentiert Verbraucher mit keiner oder geringer Sicherheitsrelevanz, der zweite Verbraucher 105 in Kanal 69 repräsentiert Verbraucher mit hoher Sicherheitsrelevanz. Das Basisbordnetz 59 mit niedriger Spannung von bspw. 14V bildet daher eine Einheit mit dem Kanal 69.
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Hierbei sind, wie im Fall der ersten Ausführungsform des Bordnetzes 38, der mindestens eine elektrische Verbraucher 76.1, 82.1 und die jeweils dazu parallel geschalteten elektrischen Energiespeicher 74.1, 80.1 über einen jeweiligen Gleichspannungswandler 78.1, 84.1 und den ersten Kanal 66.1 an dem ersten Basisbordnetz 50 mit der hohen Basisbordnetzspannung von bspw. 48 V angeschlossen, wohingegen die an dem zweiten Kanal 69 angeschlossenen Verbraucher 103, 105 sowie der elektrische Energiespeicher 101 mit dem zweiten Basisbordnetz 59 mit der niedrigen Basisbordnetzspannung von bspw. 14 V eine Einheit bilden. Auch hier ist über einen jeweiligen Gleichspannungswandler 78.1, 84.1 für den mindestens einen Verbraucher 76.1, 82.1 und die elektrischen Energiespeicher 74.1, 80.1 für mindestens eine elektrische Größe ein vorgegebener Wertbereich einzustellen. Der elektrische Energiespeicher 80.1 kann wahlweise entfallen, wenn der Gleichspannungswandler die benötigte Spitzenleistung und Lastdynamik des Verbrauchers liefern kann.
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Die in 5 schematisch dargestellte dritte Ausführungsform des Bordnetzes 42 umfasst einen ersten Kanal 66.2 mit einem daran jeweils angeschlossenen ersten Teilbordnetz 70.2 und zweiten Teilbordnetz 72.2. Das erste Teilbordnetz 70.2 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 74.2 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 76.12, die über einen Gleichspannungswandler 78.2 an dem ersten Kanal 66.2 angeschlossen sind. Das zweite Teilbordnetz 72.2 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 80.2 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 82.2, die über einen Gleichspannungswandler 84.2 an dem ersten Kanal 66.2 angeschlossen sind. Außerdem umfasst diese dritte Ausführungsform des Bordnetzes 42 den zweiten Kanal 69, wie er auch im Fall der zweiten Ausführungsform des Bordnetzes aus 4 vorgesehen ist. Der erste Verbraucher 103 in Kanal 69 repräsentiert Verbraucher mit keiner oder geringer Sicherheitsrelevanz, der zweite Verbraucher 105 repräsentiert Verbraucher mit hoher Sicherheitsrelevanz. Das Basisbordnetz 59 mit niedriger Spannung von bspw. 14V bildet daher eine Einheit mit dem Kanal 69.
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Die dritte Ausführungsform des Bordnetzes 42 unterscheidet sich dadurch von der zweiten Ausführungsform aus 4, dass hier die beiden Teilbordnetze 70.2, 72.2 über die jeweiligen Gleichspannungswandler 78.2, 84.2 und den ersten Kanal 66.2 an dem zweiten Basisbordnetz 59 mit der niedrigeren Basisbordnetzspannung von bspw. 14 V angeschlossen sind.
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Die vierte Ausführungsform des Bordnetzes 44 ist in 6 schematisch dargestellt und umfasst den bereits voranstehend vorgestellten ersten Kanal 66.1 mit den daran angeschlossenen Teilbordnetzen 70.1, 72.1 sowie einen zweiten Kanal 68.2. An dem zweiten Kanal 68.2 sind ein erstes Teilbordnetz 86.2 und ein zweites Teilbordnetz 88.2 angeschlossen. Dabei umfasst das erste Teilbordnetz 86.2 einen ersten elektrischen Energiespeicher 90.2 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 92.2, die über einen Gleichspannungswandler 94.2 an dem zweiten Kanal 68.2 angeschlossen sind. Das zweite Teilbordnetz 88.2 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 96.2 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 98.2, die hier über einen Gleichspannungswandler 100.2 an dem zweiten Kanal 68.2 angeschlossen sind.
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Bei dieser vierten Ausführungsform des Bordnetzes 44 sind wie im Fall der ersten Ausführungsform des Bordnetzes 38 die beiden Teilbordnetze 70.1, 72.1 über den ersten Kanal 66.1 an dem ersten Basisbordnetz 50 mit der hohen Basisbordnetzspannung von bspw. 48 V angeschlossen. Dagegen sind der zweite Kanal 68.2 und somit auch die beiden daran angeschlossenen Gleichspannungswandler 94.2, 100.2 für die Teilbordnetze 86.2, 88.2 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des Bordnetzes 38 ebenfalls an dem ersten Basisbordnetz 50 angeschlossen. Allerdings ist auch hier über einen jeweiligen Gleichspannungswandler 94.2, 100.2 für den mindestens einen daran angeschlossenen Verbraucher 92.2, 98.2 sowie für die jeweils daran angeschlossenen Energiespeicher 90.2, 96.2 ein vorgegebener Wertebereich mindestens einer elektrischen Größe einzustellen. Weiterhin ist hierbei vorgesehen, dass zwei Verbraucher 76.1, 82.1, 92.2, 98.2 die als Komponenten von zwei unterschiedlichen Teilbordnetzen 70.1, 72.1, 86.2, 88.2 ausgebildet sind, derselben Einrichtung zum Beeinflussen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs zugeordnet, zueinander redundant ausgebildet und/oder für den Betrieb des Kraftfahrzeugs sicherheitsrelevant sind.
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Die in 7 schematisch dargestellte fünfte Ausführungsform des Bordnetzes 46 umfasst den ersten Kanal 66.2. Dabei sind der erste Kanal 66.2 und die daran angeschlossenen Teilbordnetze 70.2, 72.2 wie bei der dritten Ausführungsform des Bordnetzes 42 aus 5 ausgebildet. Weiterhin weist die fünfte Ausführungsform des Bordnetzes 46 den bereits voranstehend vorgestellten zweiten Kanal 68.1 mit den daran angeschlossenen Teilbordnetzen 86.1, 88.1 auf.
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Bei dieser fünften Ausführungsform des Bordnetzes 46 sind sämtliche Teilbordnetze 70.2, 72.2, 86.1, 88.1 und somit der mindestens eine Verbraucher 76.2, 82.2, 92.1, 98.1 sowie die jeweiligen Energiespeicher 74.2, 80.2, 90.1, 96.1 über den jeweiligen Gleichspannungswandler 78.2, 84.2, 94.1, 88.1 an demselben Basisbordnetz 58 mit der geringeren Basisbordnetzspannung von bspw. 14 V angeschlossen. Die elektrischen Energiespeicher 80.2, 96.1 können wahlweise entfallen, wenn die Gleichspannungswandler 84.2, 100.1 die benötigte Spitzenleistung und Lastdynamik der Verbraucher 82.2, 98.1 liefern können.
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Die sechste Ausführungsform des Bordnetzes 48 aus 8 umfasst einen einzigen Kanal 102, der hier an dem einzigen Basisbordnetz 50 angeschlossen ist. An diesem Kanal 102 sind ein erstes Teilbordnetz 104, ein zweites Teilbordnetz 106 und zumindest ein weiteres, hier drittes Teilbordnetz 108 angeschlossen, so dass an diesem Kanal 102 zumindest drei Teilbordnetze 104, 106, 108 angeschlossen sind. Das erste Teilbordnetz 104 umfasst hier einen elektrischen Energiespeicher 110 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 112, die über einen Gleichspannungswandler 114 an dem Kanal 102 angeschlossen sind. Das zweite Teilbordnetz 106 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 116 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 118, die über einen Gleichspannungswandler 120 an dem Kanal 102 angeschlossen sind. Weiterhin umfasst das dritte Teilbordnetz 108 einen elektrischen Energiespeicher 122 und mindestens einen elektrischen Verbraucher 124, die über einen Gleichspannungswandler 126 an dem Kanal 102 angeschlossen sind. Der elektrische Energiespeicher 110, 116, 122 eines jeweiligen Teilbordnetzes 104, 106, 108 kann wahlweise entfallen, wenn der Gleichspannungswandler 114, 120, 126 die benötigte Spitzenleistung und Lastdynamik der Verbraucher 112, 118, 124 liefern kann.
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Auch bei der sechsten Ausführungsform des Bordnetzes 48 ist für den mindestens einen Verbraucher 112, 118, 124 und die dazu parallel geschalteten elektrischen Energiespeicher 110, 116, 122 über den Gleichspannungswandler 114, 120, 126, über den der mindestens eine Verbraucher 112, 118, 124 sowie die Energiespeicher 110, 116, 122 an dem Basisbordnetz 50 angeschlossen sind, ein vorgegebener Wertebereich mindestens einer elektrischen Größe einzustellen. Weiterhin ist auch hier möglich, dass Verbraucher 112, 118, 124 aus zwei unterschiedlichen Teilbordnetzen 104, 106, 108 derselben Einrichtung des Kraftfahrzeugs zugeordnet, zueinander redundant ausgebildet und/oder für das Kraftfahrzeug sicherheitsrelevant sind.
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Sämtliche vorgestellten Ausführungsformen des Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48, die zur Energieversorgung von Verbrauchern 56, 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 103, 105, 112, 118, 124 des Kraftfahrzeugs ausgebildet sind, sind auch dazu geeignet, die jeweiligen besagten Verbraucher 56, 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 103, 105, 112, 118, 124 bei einem hoch automatischen Fahren des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die Bordnetze 38, 40, 42, 44, 46, 48 dazu ausgebildet sind, die elektrische Energie auch im Fall eines Fehlers mehrkanalig und redundant an die Einrichtung zum Beeinflussen der Bewegung des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Über die Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 ist für die jeweiligen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 der Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 der Wertebereich der mindestens einen elektrischen Größe jeweils den Anforderungen entsprechend einzustellen. Dies betrifft bspw. eine Einstellung einer Leistung oder einer Spannung als elektrische Größe. Abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 an die elektrische Versorgung können die Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 bspw. hinsichtlich Spannungsqualität, mittlerer Leistung, Spitzenleistung, Energiebedarf bei einem parkenden Fahrzeug optimiert werden. Die vorgestellten Bordnetze 38, 40, 42, 44, 46, 48 sind demnach flexibel und skalierbar ausgebildet.
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In Ausgestaltung ist vorgesehen, zueinander redundante und/oder sicherheitsrelevante Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 auf mehrere Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 eines jeweiligen Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48 zu verteilen. Dabei werden Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 mit denselben Anforderungsmerkmalen hinsichtlich ihrer elektrischen Versorgung einem Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zugeordnet. Dabei sind hier die Anforderungsmerkmale über den vorgegebenen Wertebereich der mindestens einen elektrischen Größe zu definieren und/oder zu erfüllen. Somit ist eine anforderungsgerechte Ausgestaltung der Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 sowie der üblicherweise als Batterien ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 zu erreichen. Hierbei können die Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 sowie die elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 hinsichtlich Kosten und Funktion optimal an die Anforderungen der Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 angepasst werden.
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Außerdem sind die Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 sowie die Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126, über die die Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108, die an dem mindestens einen Basisbordnetz 38, 40, 42, 44, 46, 48 angeschlossen sind, segmentierbar, wodurch unterschiedliche Bordnetze 38, 40, 42, 44, 46, 48 nach einem Baukastensystem modular skalierbar sind.
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Falls ein Bordnetz 38, 40, 42, 44, 46, 48 durch einen weiteren neuen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 zu ergänzen ist, ist dieser unter Berücksichtigung des Wertebereichs der mindestens einen Größe, der für diesen neuen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 vorgesehen ist, als Komponente eines Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 über einen Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 an dieses Teilbordnetz 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 anzuschließen.
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Ein Ausfall eines Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108, bspw. aufgrund eines Kurzschlusses, führt hierbei nicht zu einem Ausfall eines gesamten Kanals 66.1, 66.2, 68.1, 68.2, 69, 102, an dem mehrere Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 angeschlossen sind. Außerdem sind eventuell auftretende Fehler aufgrund der Segmentierung der Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 in unterschiedliche Teilbordnetze 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 besser zu diagnostizieren. Tritt während der Fahrt in einem Teilbordnetz 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 ein Fehler auf, so breitet sich der Fehler nicht über das gesamte Bordnetz 38, 40, 42, 44, 46, 48 aus, sondern bleibt auf das betreffende Teilbordnetz 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 beschränkt. Die Zuverlässigkeit der elektrischen Versorgung insgesamt nimmt daher zu.
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Außerdem ist es möglich, die Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 unter Berücksichtigung des einzustellenden Wertebereichs der mindestens einen elektrischen Größe und den anderen jeweiligen Anforderungen der Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 entsprechend auszubilden, dabei bspw. eine Leistung, Leistungsdichte, Ausgangswelligkeit, Dynamik, Zuverlässigkeit, und einen Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 anzupassen.
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Außerdem sind die elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 der Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 entsprechend den Anforderungen anzupassen. Beispielsweise ist ein Teil der elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122, abhängig von den Verbrauchern 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 im betreffenden Teilbordnetz, dazu ausgebildet, kurzfristig eine hohe elektrische Leistung abzugeben und aufzunehmen, bspw. während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Ritzelstarters. Derartige elektrische Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 sind bspw. als Doppelschichtkondensatoren bzw. Ultracaps, Leistungs-Bleibatterien oder Leistungs-Lithium-Ionen-Batterien ausgebildet.
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Andere elektrische Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 der Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 benötigen wahlweise, abhängig von den Verbrauchern 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 in dem betreffenden Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108, einen hohen Energiegehalt. Beispielsweise können Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124, die auch während des Parkens des Fahrzeugs elektrische Leistung benötigen, in einem spezialisierten Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zusammengefasst werden, das einen elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 mit hohem Energieinhalt besitzt.
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Somit sind die elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 funktions-, bauraum-, gewichts- sowie kostenoptimiert auszuwählen. Auf diese Weise wird unter anderem vermieden, dass ein elektrischer Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 einerseits einen hohen Energiegehalt, bspw. für ein Dauerparken und andererseits eine hohe Entladeleistung, bspw. bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors, aufweisen muss. Diese sich widersprechende Designziele erhöhen Kosten und Bauraum, wenn sie mit Hilfe einer einzigen Batterie realisiert werden müssen.
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Durch Ausbildung des Bordnetzes 38, 40, 42, 44, 46, 48 ist es möglich, mindestens einem Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 als Komponente eines Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 einen elektrischen Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 als weitere Komponente dieses Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zuzuordnen, mit dem der mindestens eine Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 seinen Anforderungen entsprechend mit elektrischer Energie zu versorgen ist, da die mindestens eine elektrische Größe, bspw. die elektrische Energie oder die Leistung, dem Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 seinen Anforderungen entsprechend bereitzustellen ist. Durch Auslegung des Gleichspannungswandlers 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 für ein jeweiliges Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 unter Berücksichtigung des vorgegebenen und/oder einzustellenden Wertebereichs der mindestens einen elektrischen Größe ist auch dessen Funktion den Anforderungen entsprechend einzustellen, wobei bspw. eine Höhe der elektrischen Leistung, eine Welligkeit der Ausgangsspannung sowie der Wirkungsgrad je nach Anforderung für ein jeweiliges Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 und deren Komponenten einzustellen ist.
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Außerdem ist es möglich, Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124, die einen weitgehend konstanten Bedarf an elektrischer Leistung aufweisen, bspw. ein Steuergerät, ein Sensor und/oder ein Aktor, einem hierzu ausgelegten Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zuzuordnen. In Ausgestaltung ist es möglich, auch auf elektrische Energiespeicher 74.1, 74.2, 80.1, 80.2, 90.1, 90.2, 96.1, 96.2, 110, 116, 122 in einzelnen Teilbordnetzen 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zu verzichten, falls für den mindestens einen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 des jeweiligen Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 keine Pufferung einer Spitzenleistung notwendig ist.
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Über einen Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 ist weiterhin auch ein Grad einer Schwankung der elektrischen Spannung als die mindestens eine elektrische Größe und somit auch die Qualität der Spannung einzustellen, wodurch bspw. spannungssensitive Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 über eine weitgehend konstante Spannung mit elektrischer Energie zu versorgen sind. So ist eine derartige Anforderung in einem jeweiligen Teilbordnetz 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 verbraucherspezifisch zu erfüllen, da ansonsten in einem Bordnetz 38, 40, 42, 44, 46, 48 unterschiedliche Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 mit unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der mindestens einen elektrischen Größe mit elektrischer Energie zu versorgen sind. Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124, für die auch eine hohe Schwankung der Spannung zulässig ist, sind Teilbordnetze 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 zuzuordnen, die diesbezüglich geringere Anforderungen erfüllen und demnach kostengünstig ausgebildet sind. Üblicherweise ist jeder Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124 innerhalb eines Teilbordnetzes 70.1, 70.2, 72.1, 72.2, 86.1, 86.2, 88.1, 88.2, 104, 106, 108 über den Gleichspannungswandler 78.1, 78.2, 84.1, 84.2, 94.1, 94.2, 100.1, 100.2, 114, 120, 126 individuell, d. h. unter Berücksichtigung des vorgegebenen Wertebereichs der mindestens einen elektrischen Größe für diesen Verbraucher 76.1, 76.2, 82.1, 82.2, 92.1, 92.2, 98.1, 98.2, 112, 118, 124, anzuschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053691 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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