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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die effiziente und zuverlässige Anordnung von elektrischen Verbrauchern in einem Bordnetz eines Fahrzeugs.
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Ein Fahrzeug weist zumindest ein elektrisches Bordnetz zur elektrischen Energieversorgung einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs auf. Dabei können unterschiedliche elektrische Verbraucher unterschiedliche Anforderungen an die funktionale Sicherheit aufweisen. Insbesondere kann das Fahrzeug ein oder mehrere elektrische Verbraucher aufweisen, die für den (Fahr-) Betrieb des Fahrzeugs sicherheitsrelevant sind und/oder die gemäß einem bestimmten ASIL, (Automotive Safety Integrity Level) ausgelegt sein müssen. Ferner weist das Fahrzeug typischerweise ein oder mehrere elektrische Verbraucher auf, die nicht sicherheitsrelevant sind und/oder die nur gemäß QM (Qualitätsmaßnahme bzw. Quality Management) bereitgestellt werden müssen.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, unterschiedliche elektrische Verbraucher, insbesondere mit unterschiedlichen Integritäts- und/oder Nutzungsanforderungen, in effizienter und zuverlässiger Weise innerhalb eines Bordnetzes zu betreiben.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein elektrisches Bordnetz für ein (Kraft-) Fahrzeug beschrieben. Das Bordnetz kann eine Nennspannung im Niedervolt-Bereich bei 60V oder weniger, insbesondere bei 12V oder 48V, aufweisen.
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Das Bordnetz umfasst ein erstes Teilnetz mit einer ersten Energiequelle und mit ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern. Die erste Energiequelle kann einen Gleichspannungswandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem anderen Bordnetz mit einer anderen Netzspannung und/oder einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie umfassen. Das erste Teilnetz (insbesondere die Komponenten des ersten Teilnetzes) kann gemäß QM (Quality Management) nach ISO26262 und/oder nicht gemäß einem ASIL (automotive safety integrity level) Level A bis D nach ISO26262 ausgelegt sein.
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Das Bordnetz umfasst ferner ein zweites Teilnetz mit einer zweiten Energiequelle und mit ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern. Die zweite Energiequelle kann einen Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, etwa eine Lithium-Ionen-basierte Batterie oder einen Bleiakkumulator, umfassen. Das zweite Teilnetz (insbesondere die Komponenten des zweiten Teilnetzes) kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach ISO26262 ausgelegt sein.
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Des Weiteren umfasst das Bordnetz ein Trenn-Schaltelement (z.B. ein Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement), das ausgebildet ist, das erste Teilnetz von dem zweiten Teilnetz zu trennen (durch Öffnen des Trenn-Schaltelements) oder das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) zu verbinden (wenn das Trenn-Schaltelement geschlossen ist). Das Trenn-Schaltelement kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach ISO26262 ausgelegt sein.
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Das Trenn-Schaltelement kann dazu genutzt werden, das erste Teilnetz (welches im Vergleich zu dem zweiten Teilnetz relativ niedrige Integritätsanforderungen aufweisen kann) von dem zweiten Teilnetz (galvanisch) zu trennen (insbesondere durch Öffnen des Trenn-Schaltelements). So kann in effizienter und zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass bei Vorliegen eines Ereignisses (z.B. eines Fehlers oder eines Unfalls) weiterhin ein sicherer Betrieb der ein oder mehreren Komponenten des zweiten Teilnetzes ermöglicht wird (ohne eine mögliche Beeinträchtigung durch das erste Teilnetz).
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Das Bordnetz umfasst ferner zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher. Ein Ereignis-relevanter Verbraucher kann dabei ein Verbraucher sein, der nicht die Sicherheits- und/oder Integritäts-Anforderungen des zweiten Teilnetzes erfüllt, der aber (zur Bereitstellung einer Teilmenge von Teilfunktionen des Ereignis-relevanten Verbrauchers) bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (bei dem das Trenn-Schaltelement geöffnet wird) mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt sein sollte. Der Ereignis-relevante Verbraucher kann z.B. gemäß QM nach ISO26262 und/oder nicht gemäß einem ASIL Level A bis D ausgelegt sein. Ein beispielhafter Ereignis-relevanter Verbraucher ist ein Türsteuergerät, das ausgebildet ist, eine Fahrzeugtür zu entriegeln.
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Der Ereignis-relevante Verbraucher kann ausgebildet sein, eine Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem ersten Teilnetz gekoppelt ist. Des Weiteren kann der Ereignis-relevante Verbraucher ausgebildet sein, nur eine (gegenüber der Gesamtmenge reduzierte) Teilmenge der Gesamtmenge von Teilfunktionen bereitzustellen, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist. Alternativ oder ergänzend kann der Ereignis-relevante Verbraucher derart ausgebildet sein, dass der Ereignis-relevante Verbraucher einen geringeren elektrischen Energieverbrauch und/oder einen geringeren elektrischen Leistungsbedarf aufweist, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist, als wenn der Ereignis-relevante Verbraucher mit dem ersten Teilnetz gekoppelt ist.
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Das Bordnetz umfasst ferner ein Wechsel-Schaltelement (z.B. ein Wechsel-Relais und/oder ein halbleiterbasiertes Schaltelement), das ausgebildet ist, den Ereignis-relevanten Verbraucher an dem Trenn-Schaltelement vorbei und/oder ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements selektiv (entweder direkt) mit dem ersten Teilnetz oder (direkt) mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln. Das Wechsel-Schaltelement kann dabei parallel zu dem Trenn-Schaltelement angeordnet sein. Das Wechsel-Schaltelement kann ausgebildet sein, den Ereignis-relevanten Verbraucher selektiv (entweder) mit einem ersten Knotenpunkt des Trenn-Schaltelements (elektrisch leitend) zu koppeln, der dem ersten Teilnetz zugewandt ist, oder mit einem zweiten Knotenpunkt des Trenn-Schaltelement (elektrisch leitend) zu koppeln, der dem zweiten Teilnetz zugewandt ist. Das Trenn-Schaltelement kann ausgebildet sein, den ersten Knotenpunkt und den zweiten Knotenpunkt (galvanisch) miteinander zu koppeln (wenn das Trenn-Schaltelement geschlossen ist) oder (galvanisch) voneinander zu trennen (wenn das Trenn-Schaltelement geöffnet ist). Das Wechsel-Schaltelement kann gemäß einem ASIL Level A bis D nach ISO26262 ausgelegt sein.
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Es wird somit ein Bordnetz beschrieben, das ausgebildet ist, zumindest einen Ereignis-relevanten Verbraucher an dem Trenn-Schaltelement vorbei entweder mit dem ersten Teilnetz zu koppeln (um einen Normalbetrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers mit einem relativ hohen Energieverbrauch zu ermöglichen) oder mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln (um bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht) ein oder mehrere Ereignis-relevante Teilfunktionen des Ereignis-relevanten Verbrauchers bereitzustellen). So kann ein Ereignis-relevanter Verbraucher mit relativ niedrigen Integritätsanforderungen (insbesondere mit einer Beschränkung auf QM-Anforderungen) in effizienter Weise innerhalb des Bordnetzes betrieben werden.
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Das Bordnetz kann derart ausgebildet sein, dass das Wechsel-Schaltelement, im Normalbetrieb und/oder wenn das Trenn-Schaltelement das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) verbindet, den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (direkt, elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz verbindet. Alternativ oder ergänzend kann das Bordnetz derart ausgebildet sein, dass das Wechsel-Schaltelement, bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht) und/oder wenn das Trenn-Schaltelement das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz trennt, den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (direkt, elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz verbindet. So kann ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden, insbesondere da das Trenn-Schaltelement ohne Berücksichtigung des Strom- und/oder Leistungsbedarfs des Ereignis-relevanten Verbrauchers ausgelegt werden kann.
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Das Bordnetz kann eine Steuereinheit umfassen, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Trenn-Schaltelements das Wechsel-Schaltelement selektiv, insbesondere ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, mit dem ersten Teilnetz oder mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das Wechsel-Schaltelement zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement geschlossen ist und somit das erste Teilnetz mit dem zweiten Teilnetz (elektrisch leitend) gekoppelt ist, und/oder das Wechsel-Schaltelement zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln, wenn das Trenn-Schaltelement geöffnet ist und somit das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz entkoppelt ist. So kann in besonders zuverlässiger Weise ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden.
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Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, zu bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt (insbesondere ein Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht). Beispielhafte Öffnungs-Ereignisse (die nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruhen) sind ein Unfall des Fahrzeugs oder ein Parkzustand des Fahrzeugs (in dem das Fahrzeug geparkt ist). Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, in Reaktion auf das erkannte Öffnungs-Ereignis (insbesondere in Reaktion auf das erkannte Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht), zu veranlassen, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz entkoppelt wird, und/oder zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch) von dem ersten Teilnetz entkoppelt und (galvanisch) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
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Andererseits kann die Steuereinheit eingerichtet sein, wenn kein Öffnungs-Ereignis erkannt wird und/oder vorliegt, zu veranlassen, dass das Trenn-Schaltelement geschlossen ist, um zu bewirken, dass das erste Teilnetz (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt ist, und/oder zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher, insbesondere direkt, ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements, (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem ersten Teilnetz koppelt und insbesondere nur indirekt über das Trenn-Schaltelement (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob das Trenn-Schaltelement aufgrund eines Fehlers bzw. aufgrund einer Fehlfunktion, insbesondere aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz geöffnet wurde und/oder ob das Trenn-Schaltelement aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs (und somit nicht aufgrund einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz) geöffnet wurde. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das Wechsel-Schaltelement, insbesondere nur dann, zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln, wenn bestimmt wird bzw. bestimmt wurde, dass das Trenn-Schaltelement nicht aufgrund eines Fehlers, insbesondere nicht aufgrund eines Kurzschlusses, in dem ersten Teilnetz geöffnet wurde; und/oder wenn bestimmt wurde, dass das Trenn-Schaltelement aufgrund eines vordefinierten Betriebszustands, insbesondere aufgrund eines Parkzustands oder eines Unfallzustands, des Fahrzeugs geöffnet wurde.
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Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu bestimmen, ob ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht, oder ob ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht. In beiden Fällen kann das Trenn-Schaltelement geöffnet werden. Andererseits kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu veranlassen, insbesondere nur dann zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher von dem ersten Teilnetz entkoppelt und mit dem zweiten Teilnetz koppelt, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, zu veranlassen, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher weiterhin mit dem ersten Teilnetz koppelt und nicht mit dem zweiten Teilnetz koppelt, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht.
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So kann in besonders zuverlässiger Weise ein kosten- und bauraumeffizienter Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers ermöglicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit und/oder das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes beschrieben. Das Bordnetz kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt. Des Weiteren umfasst das Verfahren, in Reaktion auf das Bestimmen, das Bewirken, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um das erste Teilnetz (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz zu entkoppeln, und das Bewirken, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher (galvanisch und/oder elektrisch leitend) mit dem zweiten Teilnetz koppelt.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, das Bestimmen, dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz, insbesondere auf einer Spannung in dem ersten Teilnetz, die unterhalb von einem Spannungs-Schwellenwert liegt, und/oder auf einem Strom in dem ersten Teilnetz, der oberhalb von einem Strom-Schwellenwert liegt, beruht. In Reaktion darauf kann bewirkt werden, dass das Trenn-Schaltelement geöffnet wird, um das erste Teilnetz von dem zweiten Teilnetz zu entkoppeln, und es kann bewirkt werden, dass das Wechsel-Schaltelement den Ereignis-relevanten Verbraucher weiterhin mit dem ersten Teilnetz koppelt.
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Durch die Unterscheidung von einem Öffnungs-Ereignis, das auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht, und einem Öffnungs-Ereignis, das nicht auf einer Fehlfunktion in dem ersten Teilnetz beruht und/oder das auf einem definierten (kontrollierten) Betriebszustand des Fahrzeugs beruht, kann die Zuverlässigkeit des Betriebs des Bordnetzes weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit mehreren Teilnetzen;
- 1b das Bordnetz aus 1a mit einem Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher;
- 2 ein elektrisches Bordnetz mit einem Wechsel-Schaltelement; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem effizienten Betrieb von unterschiedlichen elektrischen Verbrauchern eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 100 zur Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs. Das Bordnetz 100 ist ausgebildet, elektrische Verbraucher 112, 122 mit unterschiedlichen Sicherheits- und/oder Integritätsanforderungen mit elektrischer Energie zu versorgen. Beispielhafte Verbraucher 112, 122 sind,
- • ein sicherheitsrelevanter Verbraucher 122, der z.B. bestimmte Integritätsanforderungen, insbesondere einen bestimmten ASIL Level, erfüllen muss bzw. erfüllt; und
- • ein nicht-sicherheitsrelevanter Verbraucher 112, der keine besonderen Integritätsanforderungen erfüllen muss, und/oder der z.B. nur gemäß QM ausgelegt werden muss bzw. ausgelegt ist.
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Um zu vermeiden, dass der Betrieb eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers 122 durch einen Fehler eines nicht-sicherheitsrelevanten Verbrauchers 112 beeinträchtigt wird, kann das elektrische Bordnetz 100 mehrere Teilnetze 110, 120 für Verbraucher 112, 122 mit unterschiedlichen Sicherheits- und/oder Integritätsanforderungen aufweisen. Insbesondere kann das Bordnetz 100 ein erstes Teilnetz 110 für ein oder mehrere nicht-sicherheitsrelevante (erste) Verbraucher 112 und ein zweites Teilnetz 120 für ein oder mehrere sicherheitsrelevante (zweite) Verbraucher 122 aufweisen.
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Jeder der Teilnetze 110, 120 kann eine eigene Energiequelle 111, 121 (z.B. einen elektrochemischen Energiespeicher und/oder einen Spannungswandler) aufweisen, die ausgebildet ist, elektrische Energie in dem jeweiligen Teilnetz 110, 120 bereitzustellen. Insbesondere kann das erste Teilnetz 110 eine erste Energiequelle 111 (z.B. einen Spannungswandler, der eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem weiteren Bordnetz des Fahrzeugs bereitzustellen) und das zweite Teilnetz 120 kann eine zweite Energiequelle 121 (z.B. einen Energiespeicher) umfassen. Die erste Energiequelle 111 kann dabei ausgebildet sein, eine höhere Menge an elektrischer Energie und/oder eine höhere elektrische Leistung bereitzustellen als die zweite Energiequelle 121.
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Die beiden Teilnetze 110, 120 können über ein Trennelement bzw. ein Trenn-Schaltelement 101, z.B. über ein Relais und/oder über ein halbleiterbasiertes Schaltelement, elektrisch leitend miteinander verbunden sein. So kann es im Normalbetrieb des Bordnetzes 100 ermöglicht werden, dass die zweite Energiequelle 121 über das erste Teilnetz 110 geladen wird, und/oder dass die ein oder mehreren Verbraucher 122 des zweiten Teilnetzes 120 aus dem ersten Teilnetz 110 mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Andererseits kann bei Vorliegen eines bestimmten Ereignisses (z.B. bei Vorliegen eines Unfalls) z.B. durch eine Steuereinheit 150 bewirkt werden, dass das Trennelement 101 geöffnet wird, um eine Auswirkung des ersten Teilnetzes 110 auf die ein oder mehreren sicherheitsrelevanten (zweiten) Verbraucher 122 des zweiten Teilnetzes 120 zu vermeiden.
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Das Bordnetz 100 kann somit ausgebildet sein, für sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise für eine Lenkung, eine Bremse, ein Licht und/oder einen Wischer, eine sichere elektrische Energieversorgung bereitzustellen, sodass auch nach einem Fehlereintritt (etwa nach einem Fehler in der Energieversorgung) den ein oder mehreren sicherheitsrelevanten Verbrauchern 122 weiter elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird. Dies kann anhand einer Bordnetzarchitektur bewirkt werden, bei der über einen Trennschalter 101 ein zweites Teilbordnetz 120 mit einer Qualifizierung für funktionale Sicherheit von einem ersten Teilbordnetz 110 mit QM Qualifizierung separiert werden kann.
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Jedes dieser Teilbordnetze 110, 120 weist typischerweise eine Stromverteilung über ein oder mehrere (ggf. elektronische) Stromverteiler auf, die die jeweils bereitgestellte Integrität (QM bzw. ASIL) weiter verzweigen und verteilen. Aus Kostengründen ist es typischerweise vorteilhaft, das nach ASIL qualifizierte zweite Teilbordnetz 120, das ein oder mehrere nach ASIL entwickelte Komponenten 121aufweist, elektrisch mit einer Batterie 122 zu verbinden, sodass der Erzeuger 111 im ersten Teilnetz 110 (z.B. ein Wandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem 48V oder HV (Hochvolt) Bordnetz) nur in QM entwickelt werden muss und das QM qualifizierte erste Teilnetz 110 mit ein oder mehreren QM entwickelten Komponenten 112 mit elektrischer Energie versorgt.
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Über das (geschlossene) Trennelement 101 fließen im Normalbetrieb typischerweise Ausgleichsströme zur Versorgung der ein oder mehreren Verbraucher 122 im zweiten Teilnetz 120. Ggf. können zum Laden der Batterie 121 in dem zweiten Teilnetz 120 und/oder für einen Kurzzeitbedarf relativ große Ströme über das Trennelement 101 fließen.
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Ein Fahrzeug kann ein oder mehrere elektrische Verbraucher aufweisen, die keine Anforderung an eine sichere Energieversorgung aufweisen, die jedoch von der Energiequelle 121 des zweiten Teilnetzes 120 versorgt werden müssen, um auch bei geöffnetem Trennschalter 101 (z.B. im Stand oder nach einem Unfall) ihre jeweilige Funktion (zumindest teilweise) ausführen zu können. Ein Beispiel für einen solchen Verbraucher ist ein Türsteuergerät, das auch nach einem Unfall in der Lage sein sollte bzw. muss, eine Tür des Fahrzeugs zu entriegeln.
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In diesem Dokument wird ein Verbraucher, der keine besonderen Sicherheit- und/oder Integritätsanforderungen an die Energieversorgung aufweist (der z.B. nur QM Anforderungen erfüllen muss), der aber auch nach einem Öffnungs-Ereignis, bei dem das Trennelement 101 geöffnet wurde, innerhalb des zweiten Teilnetzes 120 mit elektrischer Energie versorgt werden sollte bzw. muss, als Ereignis-relevanter Verbraucher bezeichnet.
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1b zeigt ein Bordnetz 100 mit einem beispielhaften Ereignis-relevanten Verbraucher 132, der über ein zweites Trennelement 131 an das zweite Teilnetz 120 angebunden ist. Das zweite Trennelement 131 erfüllt die Sicherheits- und/oder Integritätsanforderungen (z.B. einen bestimmten ASIL Level) des zweiten Teilnetzes 120. So wird es ermöglicht, einen QM-Verbraucher 132 in sicherer Weise in das zweite Teilnetz 120 anzubinden.
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Die in 1b dargestellte Architektur führt jedoch dazu, dass im Normalbetrieb die elektrische Leistung für den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 über das erste Trennelement 101 geführt wird, sodass das erste Trennelement 101 entsprechend leistungsfähig ausgebildet werden muss. Dies kann insbesondere dann mit einem relativ hohen Aufwand verbunden sein, wenn der Ereignis-relevante Verbraucher 132 neben einer Teilfunktion, die im Fall eines Öffnungs-Ereignisses verfügbar sein sollte (wie z.B. das Entriegeln einer Tür), noch eine weitere Teilfunktion aufweist, die nicht für das Öffnungs-Ereignis relevant ist und die einen relativ hohen Leistungsbedarf aufweist (wie z.B. eine Heizfunktion für eine Armauflage an einer Tür). Das erste Trennelement 101 muss dann für den Leistungsbedarf aller Teilfunktionen des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 ausgelegt werden.
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2 zeigt ein Bordnetz 100 mit einem Ereignis-relevanten Verbraucher 132, der über ein Wechselelement (insbesondere über ein Wechsel-Schaltelement) 201 wahlweise an das erste Teilnetz 110 oder an das zweite Teilnetz 120 angebunden werden kann. Das Wechselelement 201 ist dabei parallel zu dem (ersten) Trennelement 101 angeordnet, so dass die elektrische Energie zur Versorgung des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 nicht über das (erste) Trennelement 101 geführt werden muss.
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Die Steuereinheit 150 des Bordnetzes 100 kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass der Ereignis-relevante Verbraucher 132 im Normalbetrieb über das Wechselelement 201 mit dem ersten Teilnetz 110 verbunden wird, sodass die elektrische Energie für den Betrieb des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 (ggf. ausschließlich und/oder direkt) aus dem ersten Teilnetz 110 bezogen wird.
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Des Weiteren kann die Steuereinheit 150 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein erkanntes Öffnungs-Ereignis, bei dem das Trennelement 101 geöffnet wird, um das zweite Teilnetz 120 von dem ersten Teilnetz 110 zu entkoppeln, das Wechselelement 201 zu veranlassen, den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 mit dem zweiten Teilnetz 120 zu koppeln (und somit von dem ersten Teilnetz 110 zu entkoppeln). So kann in effizienter Weise bewirkt werden, dass der Ereignis-relevante Verbraucher 132 bei Vorliegen eines Öffnungs-Ereignisses (wie z.B. nach einem Unfall) sicher (ggf. ausschließlich und/oder direkt) mit elektrischer Energie aus dem zweiten Teilnetz 120 versorgt wird, um die Ereignis-relevante Teilfunktion des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 bereitzustellen.
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Es wird somit ein Bordnetz 100 beschrieben, bei dem ein oder mehrere Komponenten 132, die keine Sicherheitsanforderungen an das Energiebordnetz stellen (z.B. die nur gemäß QM ausgelegt sind), aber dennoch in ein oder mehreren Zuständen bei geöffnetem Trennelement 101 von der Batterieseite und/oder aus dem zweiten Teilnetz 120 versorgt werden müssen, über ein Wechselrelais 201 (allgemein über ein Wechselelement) bedarfsgesteuert und dynamisch der Wandlerseite bzw. dem ersten Teilnetz 110 oder der Batterieseite bzw. dem zweiten Teilnetz 120 zugeordnet werden.
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Somit ist es möglich, die ein oder mehreren, über das Wechselelement 201 versorgten, Komponenten 132 im Normalfall (z.B., wenn das Fahrzeug aktiv ist, etwa während des Zustands „Wohnen“ oder „Fahren“) im ersten Teilnetz 110 über den Erzeuger 111 (z.B. über einen Gleichspannungswandler oder über einen Generator) zu versorgen und nur im Bedarfsfall (z.B. während des Zustands „Parken“ oder „Crash“) über das Wechselelement 201 dem zweiten Teilnetz 120 mit der Quelle 121 zuzuweisen. Die ein oder mehreren Ereignis-relevanten Komponenten 132 weisen für diese Sonderfälle (Parken, Crash) typischerweise einen geringeren Strombedarf auf als in einem Normalfall. Die in 2 dargestellte Bordnetzarchitektur ermöglicht es, das Trennelement 101 relativ klein und somit kosten- und bauraumeffizient zu dimensionieren.
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Wie bereits oben dargelegt, ist ein Türsteuergeräte (z.B. für die Türen vorne und hinten rechts) ein Beispiel für einen Ereignis-relevanten Verbraucher 132. Das Türsteuergerät kann eine relativ hohe maximale Stromaufnahme aufweisen, z.B. da über das Türsteuergerät auch Armauflagenheizungen in den Türen versorgt werden (z.B. mit jeweils 15A). Da es sich bei einer Heizung um einen Dauerverbraucher handelt, müsste das Trennelement 101 ohne Verwendung eines Wechselschalters 201 entsprechend groß und/oder leistungsfähig ausgelegt werden, weil diese Dauerströme über das Trennelement 101 geführt werden müssten (wie in 1b dargestellt).
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Das Türsteuergerät ist typischerweise eine postcrashrelevante Komponente und muss daher auf der Batterieseite (d.h. in dem zweiten Teilnetz 120) verortet werden, um nach einem Crash die Funktion „Tür entriegeln“ ausführen zu können. Die Funktion der Armauflagenheizung ist hingegen nach einem Crash nicht mehr erforderlich. Bei Einsatz des Wechselschalters 201 ist es möglich, die hohen Dauerströme direkt im wandlerseitigen ersten Teilbordnetz 110 zu belassen und nicht über den Haupttrennschalter 101 zu führen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften (ggf. Computerimplementierten) Verfahrens 300 zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes 100. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuereinheit 150 des Bordnetzes 100 und/oder eines Fahrzeugs ausgeführt werden. Das Bordnetz 100 umfasst ein erstes Teilnetz 110 mit einer ersten Energiequelle 111 und/oder mit ein oder mehreren ersten elektrischen Verbrauchern 112. Das erste Teilnetz 110 kann z.B. nur gemäß QM und/oder nicht gemäß einem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein.
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Das Bordnetz 100 umfasst ferner ein zweites Teilnetz 120 mit einer zweiten Energiequelle 121 (z.B. einem Energiespeicher) und/oder mit ein oder mehreren zweiten elektrischen Verbrauchern 122. Das zweite Teilnetz 120 kann z.B. gemäß einem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein. Des Weiteren umfasst das Bordnetz 100 ein Trenn-Schaltelement 101, das ausgebildet ist, das erste Teilnetz 110 von dem zweiten Teilnetz 120 zu trennen. Das Trenn-Schaltelement 101 kann gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein.
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Außerdem umfasst das Bordnetz 100 zumindest einen Ereignis-relevanten elektrischen Verbraucher 132 (der z.B. nur gemäß QM und/oder nicht gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt ist), sowie ein Wechsel-Schaltelement 201, das ausgebildet ist, den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 an dem Trenn-Schaltelement 101 vorbei und/oder ohne Einbindung des Trenn-Schaltelements 101 selektiv mit dem ersten Teilnetz 110 oder mit dem zweiten Teilnetz 120 zu koppeln. Das Wechsel-Schaltelement 201 kann gemäß dem bestimmten ASIL Level ausgelegt sein.
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Das Verfahren 300 umfasst das Bestimmen 301, dass ein Öffnungs-Ereignis (z.B. ein Unfall oder ein Parkzustand des Fahrzeugs) vorliegt. Das Öffnungs-Ereignis kann z.B. auf Basis eines Signals auf einem Daten-BUS des Fahrzeugs erkannt werden.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 in Reaktion auf das Bestimmen 301, das Bewirken 302, dass das Trenn-Schaltelement 101 geöffnet wird, um das erste Teilnetz 110 (galvanisch) von dem zweiten Teilnetz 120 zu entkoppeln, sowie das Bewirken 303, dass das Wechsel-Schaltelement 201 den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 mit dem zweiten Teilnetz 120 koppelt. So kann ein kosten- und bauraumeffizientes Bordnetz 100 bereitgestellt und betrieben werden.
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Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens 300 bestimmt werden (Schritt 301), dass ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, das nicht auf einem Fehler (z.B. auf einer Unterspannung, auf einer Überlast und/oder auf einem Kurzschluss) in dem ersten Teilnetz 110 beruht. Das Umhängen des Ereignis-relevanten Verbrauchers 132 von dem ersten Teilnetz 110 in das zweite Teilnetz 120 durch das Wechsel-Schaltelement 201 (Schritt 303) kann ggf. nur dann erfolgen, wenn ein Öffnungs-Ereignis vorliegt, dass nicht auf einem Fehler in dem ersten Teilnetz 110 beruht. Das Umhängen kann ggf. nur in einem fehlerfreien Betrieb des Bordnetzes 100, insbesondere des ersten Teilnetzes 110, erfolgen. So kann in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass der Ereignis-relevante Verbraucher 132, der ggf. die Fehlerursache für den Fehler in dem ersten Teilnetz 110 ist, einen Fehler in dem zweiten Teilnetz 120 bewirkt. Es kann somit in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass die Integrität des zweiten Teilnetzes 120 durch den Ereignis-relevanten Verbraucher 132 beeinträchtigt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
