WO2022003148A1 - Redundante energieversorgung für autonome fahrzeuge - Google Patents

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WO2022003148A1
WO2022003148A1 PCT/EP2021/068299 EP2021068299W WO2022003148A1 WO 2022003148 A1 WO2022003148 A1 WO 2022003148A1 EP 2021068299 W EP2021068299 W EP 2021068299W WO 2022003148 A1 WO2022003148 A1 WO 2022003148A1
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WO
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energy
connection
electrical system
vehicle electrical
energy storage
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/068299
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Wollny
Karlheinz MORGENROTH
Vladimir MENER
Frédéric HOLZMANN
Eginhard VORNBERGER
Maximilian WEBER
Manuel ROEDER
Original Assignee
Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh filed Critical Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/108—Parallel operation of dc sources using diodes blocking reverse current flow
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery

Definitions

  • the present invention relates in general to the energy supply of vehicles.
  • the present invention relates to an energy supply device for a vehicle, a battery having such a battery
  • Energy supply device and a vehicle with such an energy supply device or battery.
  • Vehicles with a certain degree of automation in which the person does not serve as a fallback level, must be secured in such a way that if a component in the on-board network fails and / or a short circuit is caused by a component in the on-board network, an active autonomous function does not turn into a uncontrolled / unsafe state passes. Without such protection, there would be a danger for the occupants and third parties.
  • One protection option is to be able to supply safety-relevant components with energy even if a main energy supply fails
  • DE 10 2014 208 201 A1 discloses a device for supplying at least one consumer.
  • the device comprises at least a base-board electrical system with at ⁇ least an energy storage, comprising at least a first path that is connected to the Ba ⁇ sis-board network, with at least one second path that is connected to a functional module, and to a functional module, which can connect the second path to the basic vehicle electrical system and / or to a further energy store.
  • At least one safety-relevant consumer that is simply present can be connected to the first path and / or to the second path.
  • At least one further redundant safety-relevant consumer can be connected to the second path.
  • This device is disadvantageous at least insofar as it is quite complex and in some cases requires complex and / or numerous components, for example numerous switches.
  • the decisions must be the parent of the formation of the respective paths, and ultimately the formation of the paths terms and / or will be taken centrally ⁇ ral, which ultimately increases the complexity of the device.
  • an energy supply device for a vehicle has an energy storage arrangement, a first connection, a second connection and a self-controlling switching unit.
  • the first connection is arranged between a first vehicle electrical system and a second vehicle electrical system.
  • the second vehicle electrical system can be supplied with energy via the first connection through the first vehicle electrical system.
  • the second connection is arranged between the energy storage arrangement and the second vehicle electrical system.
  • the second vehicle electrical system can be supplied with energy via the second connection through the energy storage arrangement.
  • the self-regulating switching unit is connected to the first connection and the second connection.
  • the self-controlling switching unit is designed to connect the second vehicle electrical system to the first connection for supplying energy through the first vehicle electrical system, or to connect the second vehicle electrical system to the second connection for supplying energy through the energy storage arrangement.
  • Energy here is to be understood as any form of electrical energy with which components of an on-board network can be operated.
  • An example here is an electric current, an electric voltage or combinations thereof, such as electric power or electric work or electric energy.
  • the first vehicle electrical system can be connected directly to the self-controlling switching unit, for example an input side of the self-controlling switching unit.
  • the first on-board network can be connected directly to the self-controlling switching unit without the interposition of further components.
  • the first vehicle electrical system can be connected to the input side of the self-controlling switching unit without the interposition of further components. In this sense, it is conceivable that the first connection, apart from the connecting element / the connecting elements themselves, no further compo th between the first electrical system and the self-controlling switching unit, z. B. the input side of the self-controlling switching unit.
  • the energy storage arrangement can directly / directly with the self-controlling switching unit, for example the input side of the self-controlling switching unit, be connected.
  • the energy storage arrangement can be connected directly to the self-controlling switching unit without the interposition of further components.
  • the energy storage arrangement can be connected directly to the input side of the self-controlling switching unit without the interposition of further components.
  • the second connection apart from the connecting element (s) themselves, has no further components between the energy storage arrangement and the self-controlling switching unit.
  • the self-controlling switching unit can be connected on the input side to the first connection and the second connection.
  • the self-regulating switching unit can accordingly be designed to connect the second on-board network to the first connection on the output side (on the output side of the switching unit) for supplying energy through the first on-board network, or on the output side (on the output side of the self-regulating switching unit) to connect the second on-board network to supplying energy to be connected by the energy storage arrangement to the second connection.
  • a separate and / or additional and / or superordinate control unit such as a separate microcontroller, for controlling the switching unit can be dispensed with.
  • a separa ⁇ te and / or additional control unit can be provided yet.
  • a control such as a microcontroller
  • the self ⁇ controlled switching unit is configured to control himself.
  • the self-controlling switching unit controls itself based on received or measured values, such as voltage values.
  • the self-controlling switching unit can, for example, have an integrated control component for self-control.
  • the self-routing switching unit can be configured to determine independently whether the second vehicle electrical system rd Vietnamese by the first vehicle electrical system, or by the Energy Grandeano ⁇ is to be energized.
  • the self-regulating switching input ⁇ can standardize example, consider voltage values and determine, based on the voltage values whether the second vehicle electrical system to be supplied by the first vehicle electrical system or the energy storage device with energy.
  • the self-controlling switching unit can be designed, for example based on voltage values, to decide whether it connects the second vehicle electrical system with the first connection to the power supply through the first vehicle electrical system or with the second connection to the Connects energy supply through the energy storage arrangement.
  • the voltage values can be voltage values associated with the first vehicle electrical system and / or the energy storage arrangement and / or the second vehicle electrical system, e.g. B. voltage values of the first on-board network and / or the energy storage arrangement and / or the second on-board network and / or voltage values of components of the first on-board network and / or the energy storage arrangement and / or the second on-board network.
  • the self-controlling switching unit can have a power OR circuit (which can also be referred to as an OR circuit) or be designed as a power OR circuit.
  • the power or circuit can be designed to be self-controlling.
  • the self-regulating property of the switching unit can be achieved in that the power or circuit is self-regulating.
  • the power OR circuit can have one or more diodes.
  • the power OR circuit can have one or more metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs).
  • MOSFETs metal-oxide-semiconductor field effect transistors
  • the power OR circuit may have one or more MOSFET controllers (MOSFET controllers) for controlling the one or more MOSFETs.
  • the power OR circuit can have one or more MOSFETs and one or more associated MOSFET controllers per path.
  • a path can be understood to be a switching connection in the switching unit that can be connected on the output side to the second vehicle electrical system and on the input side is connected to the first connection or the second connection.
  • the energy supply device can have a control unit.
  • the control unit can be referred to as the higher-level control unit of the energy supply device.
  • the control unit can be designed to control a plurality of components and sections of the energy supply device.
  • Each of at least one component of the second vehicle electrical system can be connected to the first and second connection via a switch.
  • the switches can be designed as components to be considered separately from the self-controlling switching unit, that is to say not be part of the self-controlling switching unit.
  • the control unit can be designed to switch the switches, ie to close or open them.
  • the switches can be switched by information originating from outside the energy supply device, for example messages.
  • the control unit can, for example, be designed to determine which one or more components should / must be switched on / on in order to be able to carry out one or more specific functions.
  • the control unit can be designed based on this Determining to close the switches on the one or more components.
  • the control unit can be designed to determine which of the other components can be switched off and accordingly to open the associated switches or leave them open.
  • the switches can be designed as transistor switches, for example. With the help of the switch, in the event of an error, z. B.
  • the energy storage device can also have a third connection between the first vehicle electrical system and the energy storage arrangement.
  • the energy storage arrangement can be charged with energy via a first partial path of the third connection through the first vehicle electrical system.
  • the first on-board electrical system can be supported with energy via a second partial path of the third connection, which is at least partially different from the first partial path, through the energy storage arrangement.
  • the third connection is arranged between the first vehicle electrical system and the energy storage arrangement.
  • the energy storage arrangement can be charged with energy by the first on-board network via the first partial path of the third connection.
  • a DC / DC converter can be arranged in the first partial path of the third connection.
  • the DC voltage converter can also be referred to as a DC-DC converter or a DC / DC converter.
  • An electrical circuit that converts a DC voltage supplied to the input into a DC voltage with a higher, lower or inverted voltage level can generally be referred to as a DC voltage converter.
  • the DC voltage converter in the first partial path can be designed to be unidirectional.
  • the DC voltage converter can be designed unidirectionally in the direction of the energy storage arrangement.
  • the DC / DC converter can be designed to only allow current to pass through from the direction of the first on-board network in the direction of the energy storage arrangement and not to allow any current to pass through from the direction of the energy storage arrangement in the direction of the first on-board network.
  • the DC voltage converter can be designed to convert a variable input variable into a constant output variable.
  • the first vehicle electrical system can be supported with energy by the energy storage arrangement via the second partial path of the third connection.
  • a switching device can be arranged in the second partial path.
  • the switching device can be closed when the first vehicle electrical system is to be supported with energy by the energy storage arrangement. In the closed state, the switching device is in a conductive state, so that the first vehicle electrical system can be supported with energy by the energy storage arrangement.
  • the switching device can be opened or remain open if support of the first on-board network by means of energy from the energy storage arrangement is not desired or necessary. In the open state, the switching device is in a non-conductive state, so that the first vehicle electrical system is not supported with energy by the energy storage arrangement.
  • the control unit can be designed to switch the switching device based on information about an energy requirement of the first vehicle electrical system, such as opening or closing it.
  • the switching device can for example be designed as a transistor switch or have one or more transistor switches.
  • the switching device can, for example, be controlled by the (higher-level) control unit and instructed to switch.
  • the energy storage arrangement can have an energy storage system with a relatively high energy density (relatively low power density).
  • the energy storage arrangement can have a battery arrangement.
  • the energy storage arrangement can have an energy storage system with a relatively high power density (relatively low energy density).
  • the energy storage arrangement can have a capacitor arrangement.
  • the battery arrangement can be viewed as an energy storage system with a relatively high energy density (relatively low power density). As a result, a relatively long / long-term energy supply can be provided with the aid of the battery arrangement.
  • the capacitor arrangement can be viewed as an energy storage system with a relatively high power density (relatively low energy density).
  • the battery arrangement can have several rechargeable batteries or accumulators connected in series.
  • the plurality of rechargeable batteries or accumulators connected in series / in series can one
  • Form string / battery string and are referred to as such.
  • the multiple batteries connected in series can be connected in parallel to multiple batteries connected in series.
  • the battery arrangement can have several strings connected in parallel.
  • Each of the strings can have one or more rechargeable batteries or accumulators connected in series / series.
  • the capacitor arrangement can have a plurality of supercapacitors connected in series. Additionally or alternatively, the capacitor arrangement can have several in Have supercapacitors / ultracapacitors connected in series.
  • the condensate ⁇ sator arrangement can be made, short-term, ie until full Entla ⁇ -making capacitors to be able to provide a higher current than the battery assembly. This means that the second on-board network can also be supplied with high currents in the event of a fault.
  • an energy supply device for a vehicle has an energy storage arrangement, a first connection, a second connection, a switching unit and a third connection.
  • the first connection is arranged between a first vehicle electrical system and a second vehicle electrical system.
  • the second vehicle electrical system can be supplied with energy via the first connection through the first vehicle electrical system.
  • the second connection is arranged between the energy storage arrangement and the second vehicle electrical system.
  • the second vehicle electrical system can be supplied with energy via the second connection through the energy storage arrangement.
  • the switching unit is connected to the first connection and the second connection.
  • the switching unit is designed to connect the second vehicle electrical system to the first connection for supplying energy through the first vehicle electrical system, or to connect the second vehicle electrical system to the second connection for supplying energy through the energy storage arrangement.
  • the third connection is arranged between the first vehicle electrical system and the energy storage arrangement.
  • the energy storage arrangement can be charged with energy via a first partial path of the third connection through the first vehicle electrical system.
  • the first vehicle electrical system can be supported with energy via a second partial path of the third connection, which is at least partially different from the first partial path, through the energy storage arrangement.
  • the switching unit can be self-regulating, i.e. designed as a self-regulating switching unit.
  • a battery for a vehicle (vehicle battery for short) is provided.
  • the battery can have the energy supply device according to the first aspect or the second aspect as it is / has been described herein.
  • a vehicle is proposed.
  • the vehicle has a first on-board network and a second on-board network.
  • the vehicle can have a vehicle architecture with a first on-board network and a second on-board network.
  • the vehicle architecture can consist of the first on-board network and the second on-board network.
  • the second vehicle electrical system has at least one redundant and / or safety-critical component.
  • the vehicle furthermore has the energy supply device according to the first aspect or according to the second aspect, as it is / has been described herein, or the battery according to the third aspect, as it is / has been described herein.
  • the battery or the vehicle can be implemented.
  • FIG. 1 shows an overall system with an energy supply device according to a possible exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows an overall system with an energy supply device according to a possible exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows an exemplary implementation of the switching unit from FIG.
  • FIG. 1 schematically shows a system with a first on-board network 10, a second on-board network 20 and an energy supply device 100 according to a possible exemplary embodiment.
  • the first on-board network 10 can also be referred to as a primary on-board network or main on-board network 10.
  • the second vehicle electrical system 20 can also be referred to as a secondary vehicle electrical system or redundant vehicle electrical system 20.
  • a plurality of first components / consumers 12, 14, 16, 18 are arranged in the first on-board network 10.
  • the first components 12, 14, 16, 18 relate to functions of a vehicle, for example a motor vehicle.
  • a plurality of second components / consumers 22, 24, 26, 28 are arranged in the second vehicle electrical system 20.
  • the second components 22, 24, 26, 28 relate to functions of a vehicle, for example a motor vehicle.
  • the second components 22, 24, 26, 28 can be at least partially redundant components to the first components 12, 14, 16, 18.
  • the second components 22, 24, 26, 28 can be at least partially components that can perform functions that are redundant to functions that can be performed by the first components 12, 14, 16, 18.
  • the second components 22, 24, 26, 28 can at least partially be safety-relevant components / consumers.
  • the second components 22, 24, 26, 28 can be at least partially components that can perform safety-relevant / safety-critical functions.
  • the second components 22, 24, 26, 28 can be identical to the first components 12, 14, 16, 18 components.
  • the energy supply device 100 can thus provide an energy supply for the first components 12, 14, 16, 18 as well as a redundant energy supply for the same components (if the second components 22, 24, 26, 28 are identical to the first components 12, 14, 16, 18) .
  • the energy supply device 100 can provide an energy supply for one or more of the first components 12, 14, 16, 18 and / or for the entire first vehicle electrical system 10 and / or for zones or sections of the first vehicle electrical system 10. Further, the power supply device 100 may include a Energyver ⁇ supply for one or more of the second components 22, 24, 26, 28 and / or for the second vehicle electrical system 20 and / or provide for zones or portions of the second vehicle electrical system twentieth
  • the energy supply device 100 is not restricted to supplying only a single second vehicle electrical system 20 with energy.
  • the energy supply device 100 of Figure 1 forms of any number of second electrical systems 20 to the power supply device 100 of Figure 1 ( ⁇ ent speaking the power stabilizer 100 of Figure 2) can be connected.
  • the energy supply device 100 has a first connection 130 between the first vehicle electrical system 10 and the second vehicle electrical system 20.
  • the second board power supply 20 is connected via the first connection 130 by the first vehicle electrical system 10 INPUT FEED energy ⁇ bar.
  • the first vehicle electrical system 10 can supply the second vehicle electrical system 20 with energy via the first connection 130.
  • the energy supply device 100 has an energy storage arrangement 120.
  • the energy supply device 100 also has a second connection 140 between the energy storage arrangement 120 and the second vehicle electrical system 20.
  • the second vehicle electrical system 20 can be supplied with energy via the second connection 140 by the energy storage arrangement 120.
  • the energy storage arrangement 120 can supply the second vehicle electrical system 20 with energy.
  • the energy supply device 100 also has a, for example, self-controlling switching unit 110, which is referred to below simply as switching unit 110.
  • the switching unit 110 is connected to the first connection 130 and the second connection 140.
  • the switching unit 110 is designed to connect the second vehicle electrical system 20 for the supply of energy via the first connection 130 to the first vehicle electrical system 10 or to connect the second vehicle electrical system 20 for the supply of energy via the second connection 140 to the energy storage arrangement 110.
  • the switching unit 110 can decide, for example based on voltage values, whether it connects the second vehicle electrical system 20 to the first connection 130 for the supply of energy through the first vehicle electrical system 10 or whether it connects the second vehicle electrical system 20 to the supply of energy through the energy storage arrangement 120 connects to the second connection 140.
  • the switching unit 110 can have an internal logic / logic unit for making the decision.
  • the logic can, for example, take into account voltage values from the first vehicle electrical system 10 and the energy storage arrangement 120 and establish a connection to the entity (first vehicle electrical system 10 or energy storage arrangement 120), taking into account the entity for which the higher voltage value was obtained or measured. In other words, the switching unit can switch through the entity with the higher associated voltage value.
  • the switching unit can be able to identify a reduction in a voltage value of an entity and to initiate a switchover / connection of an entity (first vehicle electrical system 10 or energy storage arrangement 120). This switchover can be, for example, the disconnection of the connected first vehicle electrical system 10 (or parts / sections or components thereof) and the simultaneous connection of the energy storage arrangement 120. Accordingly, the switching off of the applied scarf ⁇ ended energy storage assembly 120, and the simultaneous switching may for example be of the first vehicle electrical system 10 (or parts / sections or components thereof) represent a switch.
  • the first connection 130 leads directly / directly in the energy supply device 100, that is to say without the interposition of Components, from the first vehicle electrical system 10 into the switching unit 110, more precisely an input side of the switching unit 110.
  • the second vehicle electrical system 20 is in turn directly / directly connected to an output side of the switching unit 110, ie without the interposition of components.
  • the second connection 140 in the energy supply device 100 leads directly, ie without the interposition of components, from the energy storage arrangement 120 into the switching unit 110, more precisely an input side of the switching unit 110. in the example from FIG. 1, again directly / directly connected to an output side of the switching unit 110, that is to say without the interposition of components.
  • the energy supply device 100 also has a third connection 150 between the first vehicle electrical system 10 and the energy storage arrangement 120.
  • the third connection 150 has a first partial path 152 and a second partial path 154.
  • the third connection 150 has a first partial path 152 and a second partial path 154 at one section.
  • the first and second partial paths 152, 154 are at least partially / partially different.
  • the first partial path 152 and the second partial path 154 can coincide partially / in sections.
  • the energy storage arrangement 120 can be charged with energy via the first partial path 152 of the third connection 150 through the first vehicle electrical system 10.
  • the first vehicle electrical system 10 can charge the energy storage arrangement 120 with energy via the first partial path 152 of the third connection 150.
  • the first vehicle electrical system 10 can be supported with energy by the energy storage arrangement 150 via the second partial path 154 of the third connection 150.
  • the energy storage arrangement 120 can support the first vehicle electrical system 10 with energy / energy supply via the second partial path 154 of the third connection 150.
  • a switching device 156 can be provided in the second partial path 154, which can be controlled, for example, by a control unit provided in the energy supply device 100, for example a microcontroller 180. If the switching device 156 is in an open state, ie if the electrical connection between two points is canceled, no energy can be supplied from the energy storage arrangement 120 to the first vehicle electrical system 10.
  • the switching device 156 If the switching device 156 is in a closed state, ie if there is an electrical connection between two points, energy can be supplied to the first vehicle electrical system 10 from the energy storage arrangement 120.
  • the control unit may receive example ⁇ , information about the fact that at least one of the first components 12, 14, 16, 18 of the first vehicle electrical system 10 requires energy, for example, because the vehicle or at least one of the components in a start-up phase or in a starting process.
  • the switching device 156 can be closed by the control unit, so that the affected first component (s) 12, 14, 16, 18 or the entire first vehicle electrical system 10 with energy from the energy storage arrangement 120 is / are supported.
  • the energy supply for the first on-board network 10 can be switched on via the energy storage arrangement 120 with the aid of the switching device 156 when support of the main on-board network 10 is necessary, e.g. B. in the event of a fault or during a starting process.
  • switches or switching devices mentioned herein, such as switching device 156 can be switched by the control unit and / or by information or commands, for example messages, originating from outside of energy supply device 100. For example, on instructions from outside, via communication, switches or switching devices, commands can be executed or they can be evaluated and, if necessary, carried out.
  • CAN message (CAN: Controller Area Network) which is intended to instruct, for example, to switch a channel X off or on (“switch channel X off / on”)
  • the control unit of the energy supply device 100 would then check whether the command may be carried out and, if necessary, would carry it out or, for example, have it carried out by switches or switching devices.
  • FIG. 2 schematically shows a system with a first on-board network 10, a second on-board network 20 and an energy supply device 100 according to a possible exemplary embodiment.
  • the energy supply device 100 from FIG. 2 can be viewed as a specific embodiment of the energy supply device 100 from FIG. Corresponding components are therefore provided with the same reference symbols. The explanations relating to FIG. 1 therefore apply accordingly to the embodiment from FIG. 2.
  • the energy supply device 100 from FIG. 2 can also be used as a power stabilizer 100 (or a power stabilizer
  • power stabilizer 100 100 and will be referred to in part as power stabilizer 100 in the following.
  • the energy supply device 100 from FIG. 2 has a bus system 190, which in FIG. 2 is embodied, for example, as a serial bus system, more precisely as a CAN bus.
  • bus system 190 is conceivable.
  • the control unit shown in FIG. 2 in the form of a microcontroller 180. Further details will now be described with reference to FIG.
  • a plurality of second components 22, 24, 26, 28, 30, 32 are arranged in the second vehicle electrical system 20.
  • the second on-board network 20 is embodied in FIG Autonomous driving levels, so-called SAE levels, are divided. In Europe and the USA (e.g. SAE J3016), autonomous driving is classified into six levels:
  • Autonomy level 0 self-drive ("Driver only”), the driver drives himself (steers, accelerates, brakes, etc.)
  • Autonomy level 1 driver assistance. Certain assistance systems help to operate the vehicle, such as adaptive cruise control (ACC).
  • ACC adaptive cruise control
  • Autonomy level 2 partial automation. Functions such as automatic parking, lane keeping, general longitudinal guidance, acceleration, braking are taken over by the assistance systems, e.g. B. from the traffic jam assistant.
  • Autonomy level 3 conditional automation. The driver does not have to constantly monitor the system. The vehicle independently performs functions such as triggering the indicator, changing lanes and keeping in lane. The driver can focus on other things, but if necessary the system prompts them to take the lead within a warning period.
  • Autonomy level 4 high automation. The system is permanently in charge of the vehicle. If the system can no longer handle the driving tasks, the driver can be asked to take the lead.
  • Autonomy level 5 full automation. No driver required. No human intervention is required other than setting the destination and starting the system. The vehicle manages without a steering wheel and pedals.
  • the second components 22, 24, 26, 28, 30, 32 are exemplified in Figure 2 is a component for a steering of a vehicle (hereinafter referred to steering component 22), a compo ⁇ component for a brake of a vehicle (hereinafter brake component 24), a component for a first group of sensors of a vehicle (hereinafter Sen first ⁇ sor disabilityponente 26), a component for a second sensor group of a Vehicle (hereinafter second sensor group component 28), a component for high-power charging / fast-charging systems (English: High Power Charging; hereinafter high-performance charging component 30) and a component for lighting a vehicle (hereinafter referred to as lighting component 32).
  • the second components 22, 24, 26, 28, 30, 32 can be at least partially components of the first on-board network 10 (also referred to as main on-board network 10) redundant components.
  • the second components 22, 24, 26, 28, 30, 32 can at least partially be
  • the energy supply device 100 has an energy storage arrangement 120.
  • the energy storage arrangement 120 has a battery management system (BMS) 122, a battery arrangement 124, as an energy storage device with high energy density (low power density), with several rechargeable batteries or accumulators, and a capacitor arrangement 126, as an energy storage device with low energy density (high power density).
  • BMS battery management system
  • the term high energy density of the battery arrangement 124 can be understood as an at least higher energy density than the energy density of the capacitor arrangement 126.
  • the battery arrangement 124 has a plurality of batteries each connected in series to form a string. The individual strands are in turn connected in parallel to one another.
  • the batteries (which can also be referred to as battery cells) or accumulators (which can also be referred to as accumulator cells) of the battery arrangement can be connected in parallel at cell level, i. H. the respective cells of the batteries or accumulators can be connected in parallel.
  • the respective cells of the batteries or accumulators can be connected in parallel.
  • three batteries connected in series in FIG. 2 each form a string. Another number
  • the BMS 122 can be designed as an electronic circuit which is used for monitoring, regulating and protecting the batteries / accumulators, more precisely the battery arrangement 124. Furthermore, the BMS 122 monitors the energy content of the battery assembly 124 and capacitor array 126. Depending on the energy content may, for example, the control unit the second components 22, 24, 26, 28, 30, 32 at least partially force to disconnect or to ⁇ circuit. Another possibility is that at least one specific second component 22, 24, 26, 28, 30, 32, which is responsible for an essential HAF function, is not released, ie is not available and can be used by the vehicle .
  • a battery arrangement 124 with three parallel-connected strings each of which has three batteries or accumulators, may be mentioned at this point.
  • Each line can provide 12 V, for example.
  • the battery arrangement 124 can provide 72 Wh (Wh: watt-hour), for example.
  • the watt-hour (unit symbol Wh) is a unit of measurement for work or energy. Although it does not belong to the International System of Units (SI), it is approved for use with the SI.
  • SI International System of Units
  • One watt hour corresponds to the energy that a system with an output of one watt consumes or emits in one hour.
  • the capacitor arrangement 126 can have one or more capacitors, which can be connected in series, for example.
  • the one or more capacitors can be designed as supercapacitors / ultracapacitors. With the aid of the capacitor arrangement 126, high currents can be provided. Purely by way of example and merely to illustrate the magnitudes, it should be mentioned here that with the help of the battery arrangement 124, for example, 100 A per string and thus 300 A in the case of three parallel-connected strings can be provided, while several, e.g. B. three supercapacitors connected in series, for example 3 kA, can be provided.
  • the energy supply device 100 has a first connection 130 between the first vehicle electrical system 10 and the second vehicle electrical system 20.
  • the second board power supply 20 is connected via the first connection 130 by the first vehicle electrical system 10 INPUT FEED energy ⁇ bar. Since the first connection extends directly, ie without the interposition of further components, to the switching unit 110, which is described in more detail below, it can also be referred to as a bridge 130.
  • the first connection 130 bridges, so to speak, the other components of the energy supply device 100 up to the switching unit 110, more precisely the input side of the switching unit 110.
  • the second board power supply 20 is supplied via the second connection 140 by the Energyspei ⁇ cheranssen 120 with energy. He stretches the second link 140 directly ⁇ / directly to the switching unit, more precisely from the energy storage assembly 120 to the input side of the switching unit 110 without the interposition of other components, such as voltage transducers.
  • the energy supply device 100 also has a switching unit 110.
  • the switching unit 110 is connected to the first connection 130 and the second connection 140 connected.
  • the switching unit 110 is designed, for example, as a power OR circuit (power OR circuit).
  • a configuration as a power or circuit is advantageous in that a separate control unit, such as a separate microcontroller, to control the power or circuit can be dispensed with or, if a control, such as a microcontroller, is already provided, it is not used in addition to control the power or circuit got to.
  • the power OR circuit also OR circuit
  • the power OR circuit is, so to speak, self-regulating. It controls itself based on received or measured values, such as voltage values.
  • the switching unit 110 is designed to connect the second vehicle electrical system 20 to the first connection 130 for the supply of energy by the first vehicle electrical system 10 or to connect the second vehicle electrical system 20 to the second connection 140 for the supply of energy through the energy storage arrangement 120.
  • the switching unit 110 can decide, for example based on voltage values, whether it connects the second vehicle electrical system 20 to the first connection 130 for supplying energy through the first vehicle electrical system 10 or to the second connection 140 for supplying energy through the energy storage arrangement 120.
  • the power OR circuit is implemented purely by way of example by means of diodes.
  • the power OR circuit from FIG. 2 has, for example, a switching unit 110 with a plurality of diodes connected in parallel (for the sake of simplicity, two diodes are shown in FIG. 2).
  • the diodes can be designed as Schottky ORing diodes (Schottky OR-ing diodes).
  • the first on-board network 10 and the energy storage arrangement 120 are connected to a common point of one of the loads 22, 24, 26, 28, 30, 32 (the second components) as energy supply sources via the Schottky veroderungsdioden.
  • An alternative embodiment of the switching unit 110 is shown schematically in FIG. The switching unit 110 from FIG.
  • the plurality of transistors are designed, for example, as two parallel-connected MOSFETs 112a, 114a and the transistor control circuits are designed as MOSFET controllers 112b, 114b.
  • MOSFET controllers 112b, 114b Each of the MOS ⁇ FETs 112a, 114a can be controlled by an associated MOSFET controller 112b, 114b.
  • the switching unit 110 according to FIG. 3 is configured as a power-OR circuit, the power-OR circuit can have one or more such MOSFETs 112a, 114a per channel.
  • a channel can be understood to be a path or a connection in the switching unit 110, that is to say, for example, a path for connecting to the first connection 130 or the second connection 140.
  • the power-OR circuit can have one or more controls for the MOSFETs 112a, 114a, such as, for example, one or more so-called ORing MOSFET controllers 112b, 114b.
  • the one or more controllers can be configured, 20 to interconnect the second board power supply 20 to the power supply through the first vehicle electrical system 10 to the first connection 130 to verbin ⁇ or the second vehicle electrical system to the energy supply by the energy storage device 120 to the second connection 140th
  • the one or more controls can take into account voltage values that are related to the first on-board network 10 and the energy storage arrangement 120 and establish a connection to the entity (first on-board network 10 or energy storage arrangement 120) for which a higher voltage value was determined or measured.
  • the power-OR circuit can switch through the entity with the higher associated voltage value.
  • the line-OR circuit can, in particular, for example, based on voltage values, errors, e.g. B.
  • the first vehicle electrical system 10 and / or the first components 12, 14, 16, 18 of the first vehicle electrical system 10 and / or the second vehicle electrical system 20 and / or the second components 22, 24, 26, 28, 30 of the second vehicle electrical system 20 and, for example, switch off the first connection 130 (which can also be referred to as a bridge in FIG. 2).
  • the second vehicle electrical system 20 or the second Kom ⁇ components 22, 24, 26, 28, 30 of the second vehicle electrical system 20 are then supplied with energy, for example by the energy storage arrangement 120, by z. B.
  • the line-OR circuit connects the second vehicle electrical system 20 to the energy storage arrangement 120 via the second connection 140.
  • the connection and / or disconnection by means of the power OR circuit can take place in a few ps or even ns, e.g.
  • the MOSFETs 112a, 114a are designed, for example, as n-channel MOSFETs 112a, 114a.
  • the associated MOSFET controller 112b, 114b operates the respective MOSFET 112a, 114a via a positive voltage.
  • the voltage dropping between the source connection and drain connection of the respective MOSFET 112a, 114a is monitored by the associated MOSFET controller 112b, 114b.
  • the respective MOSFET 112a, 114a can draw conclusions about voltage values in the energy supply sources (first vehicle electrical system 10 and energy storage arrangement 120) and / or voltage values of the Load 22 (by way of example only one load 22 is shown as a second component of the second on-board electrical system 20) or voltage values of the energy supply sources 10, 120 and / or voltage values of the load 22 teln.
  • the respective MOSFET 112a, 114a is operated via the gate connection. This is done based on the monitored source-drain voltage.
  • the resulting behavior of the respective MOSFET 112, 114a corresponds to that of an ideal rectifier in which the source and drain connections of the MOSFET 112a, 114a as anode and cathode connections correspond to a respective diode.
  • the switching unit 110 has diodes (as in FIG. 2) or MOSFETs 112a, 114a (as in FIG. 3), the reliability of the energy supply is increased due to a plurality of switchable energy supply sources 10, 120.
  • the configuration of the switching unit 110 from FIG. 3 also has further advantages.
  • MOSFETs 112a, 114a instead of ORing diodes, the voltage drop across MOSFETs 112a, 114 is reduced compared to the voltage drop across the diodes. This reduced voltage drop leads to the fact that in the configuration of the switching unit 110 from FIG. 3, the voltage available for supplying voltage to the load 22 is reduced less than in the switching unit 110 from FIG with MOSFETs 112a, 114a somewhat more complex than the embodiment from FIG. 2 with ORing diodes, but the need for heat sinks or the like is reduced or even eliminated.
  • the switching unit 110 can have a circuit controlled by software or be designed as such.
  • the energy supply device 100 also has a third connection 150 between the first vehicle electrical system 10 and the energy storage arrangement 120.
  • the third connection 150 has a first partial path 152 and a second partial path 154.
  • the first and second partial paths 152, 154 are at least partially / partially different.
  • the first partial path 152 and the second partial path 154 can coincide partially / in sections.
  • the energy storage device 120 is on the first part 152 of the third path Ver ⁇ connection 150 through the first vehicle electrical system 10 with energy rechargeable.
  • the first partial path 152 has a direct voltage converter (DC / DC converter) 160.
  • the DC-DC converter is formed, a Gieichwoods input value of a particular input value range into a dc voltage-output switch ⁇ transform.
  • the input value can range from 9 V to 16 V, in particular 13 V to 16 V, are located.
  • the output value can be 12 V, purely by way of example.
  • the DC-DC converter 160 can be constructed tig very simple and cultivatedgüns ⁇ , among others, as he always has to work in only one direction, that is unidirectional from the direction of the first vehicle electrical system 10 in the direction of the energy storage device 120. In the other direction must he can not work, ie no bidirectional DC voltage converter is necessary.
  • the unidirectional DC voltage converter 160 it is also possible to supply energy from the direction of the energy storage arrangement 120 in the direction of the first on-board electrical system 10.
  • This energy supply is achieved on the second part ⁇ path 154th
  • the first vehicle electrical system 10 is supportable on the second part 154 of the path drit ⁇ th link 150 by the energy storage device 150 with power.
  • a switching device 156 is provided, which is designated in Figure 2 as an intelligent switch, since these, more specifically by an intelligence the microcontroller 180 of the Energy fixturessvor ⁇ direction 100, is controllable.
  • the switching device 156 in an open to stand ⁇ can the first vehicle electrical system 10 no energy supplied from the energy storage assembly 120th If the switching device 156 in a closed state may be the first vehicle electrical system 10 power from the power storage device 120 supplied ⁇ are leads.
  • the microcontroller 180 can receive information via the bus system 190, for example, that at least one of the components of the first on-board network 10 or the entire on-board network 10 requires energy, for example because the at least one component or the on-board network 10 or the vehicle is in a starting process.
  • the switching device 156 can be closed by the microcontroller 180, so that the affected component (s) of the first vehicle electrical system 10 is / are supported with energy from the energy storage arrangement 120.
  • the power stabilizer 100 can be connected to the first vehicle electrical system / main-board power supply 10 is ⁇ closed are thus takes over the protection between the main board network 10 (and standard on-board network called) and the second vehicle electrical system 20, to the redundant and / or safety-critical components 22, 24, 26 , 28, 30, 32, such as control devices and sensors, are connected.
  • the redundant and / or safety-critical components 22, 24, 26, 28, 30, 32, such as control units and Sensors are ⁇ sen each on their own, secure electronic outputs is Schlos which are for the autonomous driving function of the vehicle for safety reasons, for example, necessary. Should the voltage in the standard on-board network 10 fall below a certain level, the power stabilizer 100 separates this on-board network 10 from the redundancy on-board network 20.
  • the power stabilizer 100 itself decides whether individual outputs and thus components 22, 24, 26, 28, 30, 32 of the second vehicle electrical system 20 can / should be switched off at the output using the switch 170. Should it be in one of the components 22, 24, 26, 28, 30, 32, e.g. B. one of the devices, the Redundanzsei ⁇ te, ie the redundancy on-board network 20, a malfunction (such as a short circuit), the power stabilizer 100 switches off the corresponding output with the associated switch of the switch 170 off. In the event of an error, the power stabilizer 100 can send a message via a bus protocol (for example CAN, CANFD, LIN, Ethernet) via the bus system 190 in order to inform other control units about the event.
  • a bus protocol for example CAN, CANFD, LIN, Ethernet
  • a power-OR circuit implemented as a switching unit 110, which may also be referred to as a smart-diode circuit.
  • the power-OR circuit has at least one ORing MOSFET controller and one or more MOSFETs per channel.
  • the energy sources can be switched over by software-controlled switching in a variant of the power stabilizer 100.
  • a so-called 3-cell battery system can be used as the battery arrangement 124.
  • the 3-cell battery system there are three series-connected batteries which form a strand, wherein a plurality of such strands are connected in paral lel ⁇ .
  • the hardware architecture can the power stabilization ⁇ tors are 100 greatly simplified. Because, for example, only the voltage has to be turned down; There is no switch to separate the voltage areas.
  • the BMS 122 regulates the balancing of the batteries / battery arrangement 124 and also monitors the charging and discharging of the capacitor or capacitors of the capacitor arrangement 126.
  • a bridging namely the first connection 130, is used, so that the redundancy network in normal operation / Redundancy on-board network 20 di- is supplied directly / directly from the standard on-board network 10.
  • Directly / immediately is to be understood here in such a way that no components are interposed between the first on-board network 10 and the switching unit 110, that is to say in particular no components are located on the bridging 130.
  • the DC voltage converter 160 DC / DC converter
  • the DC voltage converter 160 can be designed to be weaker or simpler or less complex, or only a (downward) linear regulator can be used as the DC voltage converter 160.
  • Such unidirectional DC voltage converters are, on the one hand, built quite simply.
  • their power consumption compared to more complex DC-DC converters, such as. B. bidirectional DC voltage converters lower. Purely by way of example, without being restricted to this, an approximate power consumption of 100 W for the DC / DC converter 160 is mentioned.
  • An intelligent switch 156 is arranged in the second partial path 154.
  • the intelligent switch 156 is provided to switch the standard on-board network 10 through the energy storage arrangement 120 present in the power stabilizer 100, e.g. B. by the existing battery assembly 124 and / or capacitor assembly 126, if desired or necessary.
  • the outputs of the power stabilizer 100 are protected, for example, by semiconductor switches, like the switches 170. Alternatively, fuses or relays can also be used.
  • the ultimate size of the power stabilizer 100 can be designed so that it fits into the installation space of a vehicle battery.
  • the power stabilizer 100 can, if necessary, be designed in such a way that it allows an output component to flow back current (e.g. during recuperation by braking and / or steering).
  • the power stabilizer 100 can act as an independent intelligence.
  • the power stabilizer 100 can not only take on the safety function described above in terms of securing the energy supply, but also decisions as to whether channels (consumers at the output) are degraded.
  • the power stabilizer 100 is a component that can be added well both during vehicle construction and afterwards to the vehicle architecture.
  • the power stabilizer 100 enables a safe and redundant energy supply.
  • For on-board network diagnosis it has the advantage of its own intelligence for its own decisions, such as B. a prioritization and / or degradation of components of the first on-board network 10 and / or second on-board network 20. Furthermore, a stabilization of the on-board network voltage for critical / sensitive components or the entire on-board network 20 allows.
  • the functions and components described the crustabili ⁇ crystallizer 100 need not all be present in a single device but can be split across multiple devices.
  • the power stabilizer 100 can be composed of several individual devices. It is therefore conceivable ⁇ additionally, the power stabilizer is 100, that is required as mandatory for vehicles in other areas in other applications where a redundant and / or independent supply. Furthermore, at least parts and / or components of the power stabilizer 100 can be designed redundantly. In this way, a classification according to ASIL (ASIL: Automotive Safety Integrity Level) B, C or D can be achieved.
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • the components of the main electrical system 10 are reliably supplied with energy.
  • some safety-critical components are located as redundant components in the redundancy on-board network 20.
  • the components of the redundancy on-board network 20 are connected to the main on-board network 10 via a bridge (first connection 130) in normal operation. That is to say, during normal operation, the components of the redundancy on-board network 20 are supplied with energy from the main on-board network 10 via the first connection 130.
  • the main on-board network 10 for supplying energy to the redundancy on-board network 20 is connected to the switching unit 110 via the first connection.
  • Each component of the redundancy on-board network 20 is connected to the switching unit via an associated switch 170. In normal operation, the switching unit 110 switches the first connection 130 and thus the energy supply of the main on-board network 10 to the switches 170 and via closed switches 170 to the redundancy on-board network 20.
  • a current flows from the main electrical system 10 into the first partial path 152 of the third connection 150 and there directly / directly to the DC voltage converter 160.
  • the DC voltage converter 160 can convert the input voltage to a voltage level that is necessary for charging the battery arrangement 124 and for charging the Capacitor arrangement 126 is suitable. Due to the converted voltage, a charging current suitable for charging flows directly / directly into the energy storage arrangement 120 with the battery arrangement 124 and capacitor arrangement 126 from the DC voltage converter 160.
  • the switching unit 110 automatically switches from the previously described energy supply via the first connection 130 to an energy supply via the second connection 140.
  • the redundancy on-board network 20 is therefore no longer supplied with energy by the main on-board network 10 but rather by the energy storage arrangement 120.
  • This energy can be supplied by the battery arrangement 124, for example. If high currents are required, these can be made available quickly and at short notice by the capacitor arrangement 126.
  • the suspension of the steering or the brake is mentioned at this point.
  • the steering function provided by the steering component 22 is maintained by the energy supply via the energy storage arrangement 120 until, for example, the vehicle has rolled out and comes to a stop safely.
  • the energy supply by the energy storage arrangement 120 can be coordinated so that the safety-relevant function, such as the steering, is still maintained for at least a certain period of time, such as 10 seconds, 20 seconds, 30 seconds, 1 minute or longer than 1 minute.
  • the microcontroller 180 can close the switch 156.
  • a current flows from the energy storage arrangement 120 to the main on-board network 10 via the second partial path 154 of the third connection 150.
  • the main on-board network 10 can be supplied with energy from the energy storage arrangement 120, although a simply constructed, unidirectional DC voltage converter 160 is used no current can flow from the direction of the energy storage arrangement 120 in the direction of the main electrical system 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, eine Batterie mit einer solchen Energieversorgungsvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Energieversorgungsvorrichtung oder Batterie. Ein Ausführungsbeispiel der Energieversorgungsvorrichtung (100) weist eine Energiespeicheranordnung (120), eine erste Verbindung (130) zwischen einem ersten Bordnetz (10) und einem zweiten Bordnetz (20), eine zweite Verbindung (140) zwischen der Energiespeicheranordnung (120) und dem zweiten Bordnetz (20) und eine mit der ersten Verbindung (120) und der zweiten Verbindung (140) verbundene, selbststeuernde Schalteinheit (110) auf.

Description

Redundante Energieversorgung für autonome Fahrzeuge
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Energieversorgung von Fahrzeugen, Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, eine Batterie mit einer solchen
Energieversorgungsvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Energieversorgungsvorrichtung oder Batterie.
Fahrzeuge mit einem bestimmten Grad an Automatisierung, bei welcher der Mensch nicht als Rückfallebene dient, müssen so abgesichert sein/werden, dass bei Ausfall einer Komponente im Bordnetz und/oder Verursachen eines Kurzschlusses durch eine Komponente im Bordnetz, eine aktive autonome Funktion nicht in einen unkontrollierten/unsicheren Zustand übergeht. Ohne eine derartige Absicherung würde sich eine Gefahr für die Insassen und Dritte ergeben. Eine Option der Absicherung ist, sicherheitsrelevante Komponenten auch dann mit Energie versorgen zu können, wenn eine Hauptenergieversorgung ausfällt
Die DE 10 2014 208 201 Al offenbart eine Vorrichtung zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Basis-Bordnetz mit zu¬ mindest einem Energiespeicher, mit zumindest einem ersten Pfad, der mit dem Ba¬ sis-Bordnetz verbunden ist, mit zumindest einem zweiten Pfad, der mit einem Funktionsmodul verbunden ist, und mit einem Funktionsmodul, das den zweiten Pfad mit dem Basis-Bordnetz und/oder mit einem weiteren Energiespeicher verbinden kann. Zumindest ein einfach vorhandener, sicherheitsrelevanter Verbraucher kann mit dem ersten Pfad und/oder mit dem zweiten Pfad verbunden werden. Zumindest ein redundanter sicherheitsrelevanter Verbraucher ist mit dem ersten Pfad verbun¬ den. Zumindest ein weiterer redundanter sicherheitsrelevanter Verbraucher kann mit dem zweiten Pfad verbunden werden.
Diese Vorrichtung ist zumindest insofern nachteilig, als dass sie recht aufwändig ist und teilweise komplexe und/oder zahlreiche Komponenten, beispielsweise zahlreiche Schalter, benötigt. Ferner müssen die Entscheidungen hinsichtlich der Bildung der jeweiligen Pfade und letztendlich die Bildung der Pfade übergeordnet und/oder zent¬ ral getroffen werden, was letztendlich auch die Komplexität der Vorrichtung erhöht. Es besteht daher ein Bedarf nach einer einfachen und zuverlässigen Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug sowie nach einer zugehörigen Batterie mit einer solchen Energieversorgungsvorrichtung und nach einem zugehörigen Fahrzeug mit einer solchen Energieversorgungsvorrichtung oder einer derartigen Batterie.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Die Energieversorgungsvorrichtung weist eine Energiespeicheranordnung, eine erste Verbindung, eine zweite Verbindung und eine selbststeuernde Schalteinheit auf. Die erste Verbindung ist zwischen einem ersten Bordnetz und einem zweiten Bordnetz angeordnet. Das zweite Bordnetz ist über die erste Verbindung durch das erste Bordnetz mit Energie versorgbar. Die zweite Ver bindung ist zwischen der Energiespeicheranordnung und dem zweiten Bordnetz angeordnet. Das zweite Bordnetz ist über die zweite Verbindung durch die Energiespeicheranordnung mit Energie versorgbar. Die selbststeuernde Schalteinheit ist mit der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung verbunden. Die selbst steuernde Schalteinheit ist ausgebildet, das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz mit der ersten Verbindung zu verbinden oder das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung mit der zweiten Verbindung zu verbinden.
Unter Energie ist hierbei jede Form elektrischer Energie zu verstehen, mit denen Komponenten eines Bordnetzes betrieben werden können. Als Beispiel seien hier ein elektrischer Strom, eine elektrische Spannung oder Kombinationen daraus, wie elekt rische Leistung oder elektrische Arbeit oder elektrische Energie zu verstehen.
Das erste Bordnetz kann direkt/unmittelbar mit der selbststeuernden Schalteinheit, beispielsweise einer Eingangsseite der selbststeuernden Schalteinheit, verbunden werden/sein. Anders ausgedrückt kann das erste Bordnetz ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten direkt mit der selbststeuernden Schalteinheit verbunden wer- den/sein. Genauer gesagt kann das erste Bordnetz ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten mit der Eingangsseite der selbststeuernden Schalteinheit verbunden werden/sein. In diesem Sinne ist es denkbar, dass die erste Verbindung, außer dem Verbindungselement/den Verbindungselementen selbst, keine weiteren Komponen ten zwischen dem ersten Bordnetz und der selbststeuernden Schalteinheit, z. B. der Eingangsseite der selbststeuernden Schalteinheit, aufweist.
Die Energiespeicheranordnung kann direkt/unmittelbar mit der selbststeuernden Schalteinheit, beispielsweise der Eingangsseite der selbststeuernden Schalteinheit, verbunden sein. Anders ausgedrückt kann die Energiespeicheranordnung ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten direkt mit der selbststeuernden Schalteinheit verbunden sein. Genauer gesagt kann die Energiespeicheranordnung ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten direkt mit der Eingangsseite der selbststeuernden Schalteinheit verbunden sein. In diesem Sinne ist es denkbar, dass die zweite Verbindung, außer dem Verbindungselement/den Verbindungselementen selbst, keine weiteren Komponenten zwischen der Energiespeicheranordnung und der selbststeuernden Schalteinheit aufweist.
Die selbststeuernde Schalteinheit kann eingangsseitig mit der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung verbunden sein. Die selbststeuernde Schalteinheit kann demgemäß ausgebildet sein, ausgangsseitig (an der Ausgangsseite der Schalteinheit) das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz mit der ersten Verbindung zu verbinden oder ausgangsseitig (an der Ausgangsseite der selbststeuernden Schalteinheit) das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung mit der zweiten Verbindung zu verbinden.
Durch die Ausgestaltung als selbststeuernde Schalteinheit kann auf eine separate und/oder zusätzliche und/oder übergeordnete Steuereinheit, wie einen separaten Mikrocontroller, zur Steuerung der Schalteinheit verzichtet werden kann. Eine separa¬ te und/oder zusätzliche Steuereinheit kann dennoch vorgesehen sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass, wenn ohnehin bereits eine Steuerung, wie ein Mikrocontroller, in der Energieversorgungsvorrichtung vorgesehen ist, diese nicht zusätzlich zur Steuerung der selbststeuernden Schalteinheit eingesetzt werden muss. Denn die selbst¬ steuernde Schalteinheit ist ausgebildet, sich selbst zu steuern. Beispielsweise steuert sich die selbststeuernde Schalteinheit selbst basierend auf empfangenen oder gemessenen Werten, wie Spannungswerten. Die selbststeuernde Schalteinheit kann zur Selbststeuerung beispielsweise eine integrierte Steuerkomponente aufweisen.
Die selbststeuernde Schalteinheit kann ausgebildet sein, eigenständig zu ermitteln, ob das zweite Bordnetz durch das erste Bordnetz oder durch die Energiespeicherano¬ rdnung mit Energie versorgt werden soll. Hierfür kann die selbststeuernde Schaltein¬ heit beispielsweise Spannungswerte berücksichtigen und basierend auf den Spannungswerten bestimmen, ob das zweite Bordnetz durch das erste Bordnetz oder durch die Energiespeicheranordnung mit Energie versorgt werden soll. Die selbststeuernde Schalteinheit kann ausgebildet sein, beispielsweise basierend auf Spannungswerten, zu entscheiden, ob sie das zweite Bordnetz mit der ersten Verbindung zur Energieversorgung durch das erste Bordnetz oder mit der zweiten Verbindung zur Energieversorgung durch die Energiespeicheranordnung verbindet. Bei den Spannungswerten kann es sich um mit dem ersten Bordnetz und/oder der Energiespeicheranordnung und/oder mit dem zweiten Bordnetz in Zusammenhang stehende Spannungswerte, z. B. um Spannungswerte des ersten Bordnetzes und/oder der Energiespeicheranordnung und/oder des zweiten Bordnetzes und/oder um Spannungswerte von Komponenten des ersten Bordnetzes und/oder der Energiespeicheranordnung und/oder des zweiten Bordnetzes, handeln.
Die selbststeuernde Schalteinheit kann eine Leistungsoderschaltung (die auch als Veroderungsschaltung bezeichnet werden kann) aufweisen oder als Leistungsoderschaltung ausgebildet sein. Die Leistungsoderschaltung kann selbststeuernd ausgebildet sein. Beispielsweise kann die selbststeuernde Eigenschaft der Schalteinheit dadurch erreicht werden, dass die Leistungsoderschaltung selbststeuernd ist. In einer ersten Variante kann die Leistungsoderschaltung eine oder mehrere Dioden aufwei- sen. In einer zweiten Variante kann die Leistungsoderschaltung einen oder mehrere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) aufweisen. Die Leistungsoderschaltung kann einen oder mehrere MOSFET-Controller (MOSFET-Steuerungen) zur Steuerung der einen oder mehreren MOSFETs aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungsoderschaltung pro Pfad einen oder mehrere MOSFETs und einen oder meh- rere zugehörige MOSFET-Controller aufweisen. Als Pfad kann dabei jeweils eine Schaltverbindung in der Schalteinheit verstanden werden, die ausgangsseitig mit dem zweiten Bordnetz verbunden werden kann und eingangsseitig mit der ersten Verbindung oder zweiten Verbindung verbunden ist. Die Energieversorgungsvorrichtung kann eine Steuereinheit aufweisen. Die Steuereinheit kann als übergeordnete Steuereinheit der Energieversorgungsvorrichtung bezeichnet werden. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, mehrere Komponenten und Abschnitte der Energieversorgungsvorrichtung zu steuern. Jede von mindestens einer Komponente des zweiten Bordnetzes kann über einen Schalter mit der ersten und zweiten Verbindung verbindbar sein. Die Schalter können von der selbststeuernden Schalteinheit als getrennt zu betrachtende Komponenten ausgebildet sein, d.h. nicht Teil der selbststeuernden Schalteinheit sein. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, die Schalter zu schalten, d.h. zu schließen oder zu öffnen. Die Schalter können durch von außerhalb der Energieversorgungsvorrichtung stammenden Informationen, beispielsweise Nachrichten, geschaltet werden. Die Steuereinheit kann beispielsweise ausgebildet sein, zu ermitteln, welche eine oder mehrere Komponenten zugeschaltet/angeschaltet sein sollen/müssen, um eine oder mehrere bestimmte Funktionen ausführen zu können. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, basierend auf dieser Ermittlung, die Schalter zu den einen oder mehreren Komponenten zu schließen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit ausgebildet sein, zu ermitteln, welche der übrigen Komponenten abgeschaltet werden können und dementsprechend die zugehörigen Schalter zu öffnen oder geöffnet zu lassen. Die Schalter können beispielswei- se als Transistorschalter ausgebildet sein. Mit Hilfe der Schalter können im Fehlerfall, z. B. bei einem Fehler, wie einem Kurzschluss, in einer oder mehreren der Komponenten des zweiten Bordnetzes, die entsprechende(n) Komponente(n) schnell und einfach abgekoppelt werden. Die Energespeichervorrichtung kann ferner eine dritte Verbindung zwischen dem ersten Bordnetz und der Energiespeicheranordnung aufweisen. Die Energiespeicheranordnung kann über einen ersten Teilpfad der dritten Verbindung durch das erste Bordnetz mit Energie aufladbar sein. Das erste Bordnetz kann über einen zweiten, von dem ersten Teilpfad zumindest teilweise unterschiedlichen Teilpfad der dritten Verbindung durch die Energiespeicheranordnung mit Energie unterstützbar sein.
Die dritte Verbindung ist zwischen dem ersten Bordnetz und der Energiespeicheranordnung angeordnet. Über den ersten Teilpfad der dritten Verbindung ist die Energiespeicheranordnung durch das erste Bordnetz mit Energie aufladbar. In dem ersten Teilpfad der dritten Verbindung kann ein Gleichspannungswandler angeordnet sein. Der Gleichspannungswandler kann auch als DC-DC-Wandler oder DC/DC-Wandler bezeichnet werden. Als Gleichspannungswandler kann generell eine elektrische Schaltung bezeichnet werden, die eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Der Gleichspannungswandler in dem ersten Teilpfad kann unidirektional ausgebildet sein. Der Gleichspannungswandler kann unidirektional in Richtung der Energiespeicheranordnung ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann der Gleichspannungswandler ausgebildet sein, ausschließlich Strom aus Richtung des ersten Bordnetzes in Richtung der Energiespeicheranordnung durchzulassen und umzuwan- dein und keinen Strom aus Richtung der Energiespeicheranordnung in Richtung des ersten Bordnetzes durchzulassen. Der Gleichspannungswandler kann ausgebildet sein, eine variable Eingangsgröße in eine konstante Ausgangsgröße umzuwandeln.
Über den zweiten Teilpfad der dritten Verbindung ist das erste Bordnetz durch die Energiespeicheranordnung mit Energie unterstützbar. In dem zweiten Teilpfad kann eine Schaltvorrichtung angeordnet sein. Die Schaltvorrichtung kann geschlossen werden, wenn das erste Bordnetz mit Energie durch die Energiespeicheranordnung unterstützt werden soll. In dem geschlossenen Zustand ist die Schaltvorrichtung in einem leitenden Zustand, so dass das erste Bordnetz mit Energie durch die Energiespeicheranordnung unterstützt werden kann. Die Schaltvorrichtung kann geöffnet werden oder bleiben, wenn keine Unterstützung des ersten Bordnetzes durch Energie aus der Energiespeicheranordnung gewünscht oder notwendig ist. In dem geöffneten Zustand ist die Schaltvorrichtung in einem nichtleitenden Zustand, so dass das erste Bordnetz nicht mit Energie durch die Energiespeicheranordnung unterstützt wird. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, die Schaltvorrichtung basierend auf Informationen über einen Energiebedarf des ersten Bordnetzes zu schalten, wie z.B. zu öffnen oder zu schließen. Die Schaltvorrichtung kann beispielsweise als Transistorschalter ausgebildet sein oder einen oder mehrere Transistorschalter aufweisen. Die Schalt vorrichtung kann beispielsweise von der (übergeordneten) Steuereinheit gesteuert und zum Schalten instruiert werden.
Die Energiespeicheranordnung kann ein Energiespeichersystem mit relativ hoher Energiedichte (relativ niedriger Leistungsdichte) aufweisen. Beispielsweise kann die Energiespeicheranordnung eine Batterieanordnung aufweisen. Zusätzlich oder alter nativ kann die Energiespeicheranordnung ein Energiespeichersystem mit relativ hoher Leistungsdichte (relativ niedriger Energiedichte) aufweisen. Beispielsweise kann die Energiespeicheranordnung eine Kondensatoranordnung aufweisen. Die Batterie- anordnunng kann als ein Energiespeichersystem mit relativ hoher Energiedichte (relativ niedriger Leistungsdichte) angesehen werden. Dadurch kann mit Hilfe der Batterieanordnung eine relativ lange/langfristige Energieversorung bereitgestellt werden. Die Kondensatoranordnunng kann als ein Energiespeichersystem mit relativ hoher Leistungsdichte (relativ niedriger Energiedichte) angesehen werden. Dadurch kann mit Hilfe der Kondensatoranordnung eine relativ kurze/kurzzeitige Energieversorgung bereitgestellt werden. Durch Simulation kann ein für die jeweilige Anwen dung optimales Verhältnis von Batterieanordnung und Kondensatoranordnung festgelegt werden. Die Batterieanordnung kann mehrere in Reihe geschalteter aufladbarer Batterien oder Akkumulatoren aufweisen. Die mehreren in Reihe/in Serie geschalteten aufladbaren Batterien oder Akkumulatoren können einen
Strang/Batterie-Strang bilden und als solcher bezeichnet werden. Die mehreren in Reihe geschalteten Batterien können zu mehreren in Reihe geschalteter Batterien parallel geschaltet sein. Anders ausgedrückt kann die Batterieanordnung mehrere parallel geschaltete Stränge aufweisen. Jeder der Stränge kann eine oder mehrere in Reihe/Serie geschaltete aufladbare Batterien oder Akkumulatoren aufweisen.
Die Kondensatoranordnung kann mehrere in Reihe geschaltete Superkondensatoren aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kondensatoranordnung mehrere in Reihe geschaltete Superkondensatoren/Ultrakondensatoren aufweisen. Die Konden¬ satoranordnung kann ausgebildet sein, kurzzeitig, d. h. bis zur vollständigen Entla¬ dung der Kondensatoren, einen höheren Strom als die Batterieanordnung bereitstellen zu können. Dadurch kann das zweite Bordnetz im Fehlerfall auch mit hohen Strömen versorgt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Die Energieversorgungsvorrichtung weist eine Energiespeicheranordnung, eine erste Verbindung, eine zweite Verbindung, eine Schalt- einheit und eine dritte Verbindung auf. Die erste Verbindung ist zwischen einem ersten Bordnetz und einem zweiten Bordnetz angeordnet. Das zweite Bordnetz ist über die erste Verbindung durch das erste Bordnetz mit Energie versorgbar. Die zweite Verbindung ist zwischen der Energiespeicheranordnung und dem zweiten Bordnetz angeordnet. Das zweite Bordnetz ist über die zweite Verbindung durch die Energiespeicheranordnung mit Energie versorgbar. Die Schalteinheit ist mit der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung verbunden. Die Schalteinheit ist ausgebildet, das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz mit der ersten Verbindung zu verbinden oder das zweite Bordnetz zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung mit der zweiten Verbindung zu verbin- den. Die dritte Verbindung ist zwischen dem ersten Bordnetz und der Energiespeicheranordnung angeordnet. Die Energiespeicheranordnung ist über einen ersten Teilpfad der dritten Verbindung durch das erste Bordnetz mit Energie aufladbar. Das erste Bordnetz ist über einen zweiten, von dem ersten Teilpfad zumindest teilweise unterschiedlichen Teilpfad der dritten Verbindung durch die Energiespeicheranord- nung mit Energie unterstützbar. Die Schalteinheit kann selbststeuernd sein, d.h. als selbststeuernde Schalteinheit ausgebildet sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Batterie für ein Fahrzeug (kurz Fahrzeugbatterie) bereitgestellt. Die Batterie kann die Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder zweiten Aspekt aufweisen wie sie hierin beschrieben wird/wurde.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Fahrzeug weist ein erstes Bordnetz und ein zweites Bordnetz auf. Anders ausge- drückt kann das Fahrzeug eine Fahrzeugarchitektur mit einem ersten Bordnetz und einem zweiten Bordnetz aufweisen. Beispielsweise kann die Fahrzeugarchitektur aus dem ersten Bordnetz und dem zweiten Bordnetz bestehen. Das zweite Bordnetz weist mindestens eine redundante und/oder sicherheitskritische Komponente auf. Das Fahrzeug weist ferner die Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß dem zweiten Aspekt auf, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, oder die Batterie gemäß dem dritten Aspekt, wie sie hierin beschrieben wird/wurde. Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, so kön¬ nen diese Aspekte auch in entsprechender Weise in der
Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt, der Batterie oder dem Fahrzeug realisiert sein/werden.
Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
Figur 1 ein Gesamtsystem mit einer Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel;
Figur 2 ein Gesamtsystem mit einer Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel; und Figur 3 eine beispielhafte Realisierung der Schalteinheit aus Figur 2.
Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausfüh- rungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen eines Systems beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind. Figur 1 zeigt schematisch ein System mit einem ersten Bordnetz 10, einem zweiten Bordnetz 20 sowie einer Energieversorgungsvorrichtung 100 gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel. Das erste Bordnetz 10 kann auch als Primärbordnetz oder Hauptbordnetz 10 bezeichnet werden. Das zweite Bordnetz 20 kann auch als Sekundärbordnetz oder Redundanz-Bordnetz 20 bezeichnet werden. In dem ersten Bord- netz 10 sind mehrere erste Komponenten/Verbraucher 12, 14, 16, 18 angeordnet.
Die ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 betreffen Funktionen eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. In dem zweiten Bordnetz 20 sind mehrere zweite Komponenten/Verbraucher 22, 24, 26, 28 angeordnet. Die zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 betreffen Funktionen eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 kann es sich zumindest teilweise um zu den ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 redundante Komponenten handeln. Anders ausgedrückt kann es sich bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 zumindest teilweise um Komponenten handeln, die Funktionen ausführen können, die zu von den ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 ausführbaren Funktionen redundant sind. Bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 kann es sich zumindest teilweise um sicherheitsrelevante Komponenten/Verbraucher handeln. Anders ausgedrückt kann es sich bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 zumindest teilweise um Komponenten handeln, die sicherheitsrelevante/sicherheitskritische Funktionen ausführen können. Es kann sich bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 um zu den ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 identische Komponenten handeln. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 kann somit eine Energieversorgung der ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 sowie eine redundante Energieversorgung derselben Komponenten (wenn die zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 identisch sind zu den ersten Komponenten 12, 14, 16, 18) bereitstellen.
Allgemein kann die Energieversorgungsvorrichtung 100 eine Energieversorgung für eine oder mehrere der ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 und/oder für das gesamte erste Bordnetz 10 und/oder für Zonen oder Abschnitte des ersten Bordnetzes 10 bereitstellen. Ferner kann die Energieversorgungsvorrichtung 100 eine Energiever¬ sorgung für eine oder mehrere der zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28 und/oder für das gesamte zweite Bordnetz 20 und/oder für Zonen oder Abschnitte des zweiten Bordnetzes 20 bereitstellen.
Auch wenn in Figur 1 (und ebenso in Figur 2) nur ein einziges zweites Bordnetz 20 gezeigt ist, so ist die Energieversorgungsvorrichtung 100 nicht darauf beschränkt, nur ein einziges zweites Bordnetz 20 mit Energie zu versorgen. Anders ausgedrückt kann nicht nur ein einziges zweites Bordnetz 20 sondern jede beliebe Anzahl von zweiten Bordnetzen 20 an die Energieversorgungsvorrichtung 100 aus Figur 1 (ent¬ sprechend den Leistungsstabilisator 100 aus Figur 2) angeschlossen werden.
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist eine erste Verbindung 130 zwischen dem ersten Bordnetz 10 und dem zweiten Bordnetz 20 auf. Das zweite Bordnetz 20 ist über die erste Verbindung 130 durch das erste Bordnetz 10 mit Energie versorg¬ bar. Anders ausgedrückt kann das erste Bordnetz 10 das zweite Bordnetz 20 über die erste Verbindung 130 mit Energie versorgen. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist eine Energiespeicheranordnung 120 auf. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine zweite Verbindung 140 zwischen der Energiespeicheranordnung 120 und dem zweiten Bordnetz 20 auf. Das zweite Bordnetz 20 ist über die zweite Verbindung 140 durch die Energiespeicheranordnung 120 mit Energie versorgbar. Anders ausgedrückt kann die Energiespeicheranordnung 120 das zweite Bordnetz 20 mit Energie versorgen.
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine beispielsweise selbststeuernde Schalteinheit 110 auf, die im Folgenden lediglich als Schalteinheit 110 bezeichnet wird. Die Schalteinheit 110 ist mit der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 140 verbunden. Die Schalteinheit 110 ist ausgebildet, das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie über die erste Verbindung 130 mit dem ersten Bordnetz 10 zu verbinden oder das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie über die zweite Verbindung 140 mit der Energiespeicheranordnung 110 zu verbinden. Anders ausgedrückt kann die Schalteinheit 110, beispielsweise basierend auf Spannungswerten, entscheiden, ob sie das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz 10 mit der ersten Verbindung 130 verbindet oder ob sie das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung 120 mit der zweiten Verbindung 140 verbindet. Für das Treffen der Entscheidung kann die Schalteinheit 110 eine interne Logik/Logikeinheit aufweisen. Die Logik kann beispielsweise Spannungswerte von dem ersten Bordnetz 10 und der Energiespeicheranordnung 120 berücksichtigen und eine Verbindung zu der Entität (erstes Bordnetz 10 oder Energiespeicheranordnung 120) hersteilen, unter Berücksichtigung, bei welcher Entität der höhere Spannungswert erhalten oder gemessen wurde. Anders ausgedrückt kann die Schalteinheit die Entität mit dem höheren zugehörigen Spannungswert durchschalten. Ferner kann die Schalteinheit in der Lage sein, eine Reduzierung eines Spannungswertes einer Entität zu identifizieren und eine Umschaltung/Zuschaltung einer Entität (erstes Bordnetz 10 oder Energiespeicheranordnung 120) einzuleiten. Diese Umschaltung kann beispielsweise das Abschalten des zugeschalteten ersten Bordnetzes 10 (oder Teilen/Abschnitten oder Komponenten davon) und das gleichzeitige Zuschalten der Energiespeicheranordnung 120 sein. Dementsprechend kann beispielsweise das Abschalten der zugeschal¬ teten Energiespeicheranordnung 120 und das gleichzeitige Zuschalten des ersten Bordnetzes 10 (oder Teilen/Abschnitten oder Komponenten davon) eine Umschaltung darstellen.
Wie in Figur 1 beispielhaft zu erkennen, führt die erste Verbindung 130 in der Energieversorgungsvorrichtung 100 unmittelbar/direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung von Komponenten, von dem ersten Bordnetz 10 in die Schalteinheit 110, genauer gesagt eine Eingangsseite der Schalteinheit 110. Das zweite Bordnetz 20 ist wiederum mit einer Ausgangsseite der Schalteinheit 110 unmittelbar/direkt verbunden, d. h. ohne Zwischenschaltung von Komponenten. Wie in Figur 1 beispielhaft zu erkennen, führt die zweite Verbindung 140 in der Energieversorgungsvorrichtung 100 unmittelbar/direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung von Komponenten, von der Energiespeicheranordnung 120 in die Schalteinheit 110, genauer gesagt eine Eingangsseite der Schalteinheit 110. Das zweite Bordnetz 20 ist, in dem Beispiel aus Figur 1, wiederum mit einer Ausgangsseite der Schalteinheit 110 unmittelbar/direkt verbunden, d.h. ohne Zwischenschaltung von Komponenten.
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine dritte Verbindung 150 zwischen dem ersten Bordnetz 10 und der Energiespeicheranordnung 120 auf. Die dritte Verbindung 150 weist einen ersten Teilpfad 152 und einen zweiten Teilpfad 154 auf. Anders ausgedrückt weist die dritte Verbindung 150 an einem Abschnitt einen ersten Teilpfad 152 und einen zweiten Teilpfad 154 auf. Der erste und zweite Teilpfad 152, 154 sind zumindest teilweise/abschnittsweise unterschiedlich. Teilweise/abschnittsweise können der erste Teilpfad 152 und der zweite Teilpfad 154 übereinstimmen. Die Energiespeicheranordnung 120 ist über den ersten Teilpfad 152 der dritten Verbindung 150 durch das erste Bordnetz 10 mit Energie aufladbar. Anders ausgedrückt kann das erste Bordnetz 10 über den ersten Teilpfad 152 der dritten Verbindung 150 die Energiespeicheranordnung 120 mit Energie aufladen. Das erste Bordnetz 10 ist über den zweiten Teilpfad 154 der dritten Verbindung 150 durch die Energiespeicheranordnung 150 mit Energie unterstützbar. Anders ausgedrückt kann die Energiespeicheranordnung 120 über den zweiten Teilpfad 154 der dritten Verbindung 150 das erste Bordnetz 10 mit Energie/Energiezufuhr unterstützen. Hierfür kann in dem zweiten Teilpfad 154 eine Schaltvorrichtung 156 vorgesehen sein, die beispielsweise von einer in der Energieversorgungsvorrichtung 100 vorgesehenen Steuereinheit, beispielsweise einem Mikrocontroller 180, angesteuert werden kann. Ist die Schaltvorrichtung 156 in einem geöffneten Zustand, d. h. elektrische Verbindung zwischen zwei Punkten aufgehoben, kann dem ersten Bordnetz 10 keine Energie von der Energiespeicheranordnung 120 zugeführt werden. Ist die Schaltvorrichtung 156 in einem geschlossenen Zustand, d. h. elektrische Verbindung zwischen zwei Punkten gegeben, kann dem ersten Bordnetz 10 Energie von der Energiespeicheranordnung 120 zugeführt werden. Die Steuereinheit kann beispiels¬ weise Informationen darüber erhalten, dass zumindest eine der ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 des ersten Bordnetzes 10 Energie benötigt, beispielsweise, weil das Fahrzeug oder zumindest eine der Komponenten sich in einer Aufstartphase oder in einem Anlassvorgang befinden. Während dieser Phase oder dieses Vorgangs kann die Schaltvorrichtung 156 von der Steuereinheit geschlossen werden, so dass die betroffene(n) erste(n) Komponente(n) 12, 14, 16, 18 oder das gesamte erste Bordnetz 10 mit Energie von der Energiespeicheranordnung 120 unterstützt wird/werden. Generell kann die Energieversorgung für das erste Bordnetz 10 über die Energiespeicheranordnung 120 mit Hilfe der Schaltvorrichtung 156 zugeschaltet werden, wenn eine Unterstützung des Hauptbordnetzes 10 nötig ist, wie z. B. in einem Fehlerfall oder während eines Anlassvorganges. Generell können hierin genannte Schalter oder Schaltvorrichtungen, wie die Schaltvorrichtung 156, durch die Steuereinheit und/oder durch von außerhalb der Energieversorgungsvorrichtung 100 stammende Informationen oder Befehle, beispielsweise Nachrichten, geschaltet werden. Zum Beispiel können auf Anweisung von außen, über Kommunikation, Schalter oder Schaltvorrichtungen Befehle ausführen oder diese evaluieren und ggf. durchführen. Als ein Beispiel sei hier eine CAN-Nachricht (CAN: Controller Area Network) genannt, welche zum Beispiel anweisen soll, einen Kanal X ab- oder anzuschalten („Kanal X ab-/anschalten"). Die Energieversorgungsvorrichtung 100, wie z. B. die Steuereinheit der Energieversorgungsvorrichtung 100, würde dann prüfen, ob der Befehl ausgeführt werden darf und würde ihn ggf. aus- führen oder, beispielsweise von Schaltern oder Schaltvorrichtungen, ausführen lassen.
Figur 2 zeigt schematisch ein System mit einem ersten Bordnetz 10, einem zweiten Bordnetz 20 sowie einer Energieversorgungsvorrichtung 100 gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 aus Figur 2 kann als spezifische Ausgestaltung der Energieversorgungsvorrichtung 100 aus Figur 1 angesehen werden. Daher sind sich entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungen in Bezug auf Figur 1 gelten daher entsprechend für die Ausgestaltung aus Figur 2. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 aus Figur 2 kann auch als Leistungsstabilisator 100 (oder Leistungsstabilisierer
100) bezeichnet werden und wird im Folgenden teilweise als Leistungsstabilisator 100 bezeichnet werden.
Zusätzlich zu der Ausgestaltung aus Figur 1 weist die Energieversorgungsvorrichtung 100 aus Figur 2 ein Bussystem 190 auf, das in Figur 2 beispielhaft als serielles Bussystem, genauer gesagt als CAN-Bus ausgebildet ist. Andere Ausgestaltungen des Bussystems 190 sind denkbar. Ferner ist die bereits in der Beschreibung von Figur 1 genannte Steuereinheit in Figur 2 in Gestalt eines Mikrocontrollers 180 dargestellt. Weitere Details werden nun in Bezug auf Figur 2 beschrieben.
Wie bereits in Bezug auf Figur 1 beschrieben, sind in dem zweiten Bordnetz 20 mehrere zweite Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 angeordnet. Das zweite Bordnetz 20 ist in Figur 2 beispielhaft als HAD Bordnetz 20 ausgebildet, wobei HAD als Abkürzung für „Highly Automated Driving" steht (auf Deutsch: Hochautomatisiertes Fahren (HAF)). Im Bereich des autonomen oder selbständigen Fahrens werden Funktionen eines Fahrzeugs in bestimmte Autonomiestufen, sogenannte SAE-Level, eingeteilt. In Europa und den USA (z. B. SAE J3016) wird die Klassifizierung des autonomen Fahrens in sechs Stufen vorgenommen:
• Autonomiestufe 0: Selbstfahrer („Driver only"), der Fahrer fährt selbst (lenkt, beschleunigt, bremst etc.)
• Autonomiestufe 1: Fahrerassistenz. Bestimmte Assistenzsysteme helfen bei der Fahrzeugbedienung, beispielsweise der Abstandsregeltempomat (ACC).
• Autonomiestufe 2: Teilautomatisierung. Funktionen wie automatisches einparken, Spurhalten, allgemeine Längsführung, Beschleunigen, Abbremsen werden von den Assistenzsystemen übernommen, z. B. vom Stauassistent.
• Autonomiestufe 3: Bedingungsautomatisierung. Der Fahrer muss das System nicht dauernd überwachen. Das Fahrzeug führt selbstständig Funktionen wie das Auslösen des Blinkers, Spurwechsel und Spurhalten durch. Der Fahrer kann sich anderen Dingen zuwenden, wird aber bei Bedarf innerhalb einer Vorwarnzeit vom System aufgefordert die Führung zu übernehmen.
• Autonomiestufe 4: Hochautomatisierung. Die Führung des Fahrzeugs wird dauerhaft vom System übernommen. Werden die Fahraufgaben vom System nicht mehr bewältigt, kann der Fahrer aufgefordert werden, die Führung zu übernehmen.
• Autonomiestufe 5: Vollautomatisierung. Kein Fahrer erforderlich. Außer dem Festlegen des Ziels und dem Starten des Systems ist kein menschliches Eingreifen erforderlich. Das Fahrzeug kommt ohne Lenkrad und Pedale aus.
Demgemäß kann es sich bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 bei¬ spielsweise um Komponenten der Autonomiestufen 1 bis 5 handeln. Als solche zweite Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 werden in Figur 2 beispielhaft eine Komponente für eine Lenkung eines Fahrzeugs (nachfolgend Lenkkomponente 22), eine Kompo¬ nente für eine Bremse eines Fahrzeugs (nachfolgend Bremskomponente 24), eine Komponente für eine erste Sensorgruppe eines Fahrzeugs (nachfolgend erste Sen¬ sorgruppenkomponente 26), eine Komponente für eine zweite Sensorgruppe eines Fahrzeugs (nachfolgend zweite Sensorgruppenkomponente 28), eine Komponente für Hochleistungsladen/Schnellladesysteme (Englisch: High Power Charging; nachfolgend Hochleistungsladekomponente 30) und eine Komponente für eine Beleuchtung eines Fahrzeugs (nachfolgend Beleuchtungskomponente 32) genannt. Bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 kann es sich zumindest teilweise um zu Kompo nenten des ersten Bordnetzes 10 (auch als Hauptbordnetz 10 bezeichnet) redundan te Komponenten handeln. Bei den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 kann es sich zumindest teilweise um Komponenten zur Ausführung sicherheitsrelevanter Funktionen handeln,
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist eine Energiespeicheranordnung 120 auf. Die Energiespeicheranordnung 120 weist ein Batteriemanagementsystem (BMS) 122, eine Batterieanordnung 124, als einen Energiespeicher mit hoher Energiedichte (niedriger Leistungsdichte), mit mehreren aufladbaren Batterien oder Akkumulatoren und eine Kondensatoranordnung 126, als einen Energiespeicher mit niedriger Energiedichte (hoher Leistungsdichte), auf. Dabei kann der Begriff hohe Energiedichte der Batterieanordnung 124 als eine zumindest höhere Energiedichte als die Energiedichte der Kondensatoranordnung 126 verstanden werden. Die Batterieanordnung 124 weist mehrere jeweils zu einem Strang in Reihe/Serie geschalteter Batterien auf. Die einzelnen Stränge sind wiederum zueinander parallel geschaltet. Die Batterien (die auch als Batteriezellen bezeichnet werden können) oder Akkumulatoren (die auch als Akkumulatorzellen bezeichnet werden können) der Batterieanordnung können auf Zellebene parallel geschaltet sein, d. h. die jeweiligen Zellen der Batterien oder Akkumulatoren können parallel geschaltet sein. Rein beispielhaft bilden in Figur 2 je- weils drei in Serie geschaltete Batterien einen Strang. Eine andere Anzahl an
Batterien zur Bildung eines Strangs ist möglich. Mehrere solcher Stränge sind parallel geschaltet. Das BMS 122 kann als eine elektronische Schaltung ausgebildet sein, die zur Überwachung, Regelung und zum Schutz der Batterien/Akkumulatoren, genauer gesagt der Batterieanordnung 124, dient. Ferner überwacht das BMS 122 den Ener- gieinhalt der Batterieanordnung 124 und Kondensatoranordnung 126. In Abhängigkeit des Energieinhaltes kann beispielsweise die Steuereinheit die zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 zumindest teilweise zur Abschaltung bzw. Zu¬ schaltung zwingen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zumindest eine bestimmte zweite Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32, die für eine essenzielle HAF- Funktion verantwortlich ist, nicht freigegeben wird, d. h. nicht zur Verfügung steht und durch das Fahrzeug beansprucht werden kann. Rein beispielhaft und ohne hierauf beschränkt zu sein, sei an dieser Stelle ein Beispiel für eine Batterieanordnung 124 mit drei parallel geschalteten Strängen genannt, von denen jeder drei Batterien oder Akkumulatoren aufweist. Jeder Strang kann beispielsweise 12 V bereitstellen. Die Batterieanordnung 124 kann beispielsweise 72 Wh (Wh: Wattstunde) bereitstellen. Die Wattstunde (Einheitenzeichen Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit bzw. Energie. Sie gehört zwar nicht zum internationalen Einheitensystem (SI), ist zum Gebrauch mit dem SI aber zugelassen. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche ein System mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.
Die Kondensatoranordnung 126 kann einen oder mehrere Kondensatoren aufweisen, die beispielsweise in Reihe geschaltet sein können. Die einen oder mehreren Kondensatoren können als Superkondensatoren/Ultrakondensatoren ausgebildet sein. Mit Hilfe der Kondensatoranordnung 126 können hohe Ströme bereitgestellt werden. Rein beispielhaft und lediglich zur Illustration der Größenordnungen sei hier genannt, dass mit Hilfe der Batterieanordnung 124 beispielsweise pro Strang 100 A und damit im Falle von drei parallel geschalteten Strängen 300 A bereitgestellt werden können, während mit mehreren, z. B. drei, hintereinander geschalteten Superkondensatoren beispielsweise 3 kA bereitgestellt werden können.
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist eine erste Verbindung 130 zwischen dem ersten Bordnetz 10 und dem zweiten Bordnetz 20 auf. Das zweite Bordnetz 20 ist über die erste Verbindung 130 durch das erste Bordnetz 10 mit Energie versorg¬ bar. Da sich die erste Verbindung direkt/unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten, zu der unten näher beschriebenen Schalteinheit 110 erstreckt, kann sie auch als Brücke 130 bezeichnet werden. Die erste Verbindung 130 überbrückt sozusagen die weiteren Komponenten der Energieversorgungsvorrichtung 100 bis zu der Schalteinheit 110, genauer gesagt der Eingangsseite der Schalteinheit 110. Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine zweite Verbindung 140 zwischen der Energiespeicheranordnung 120 und dem zweiten Bordnetz 20 auf.
Das zweite Bordnetz 20 ist über die zweite Verbindung 140 durch die Energiespei¬ cheranordnung 120 mit Energie versorgbar. Auch die zweite Verbindung 140 er¬ streckt sich direkt/unmittelbar von der Energiespeicheranordnung 120 zu der Schalteinheit, genauer gesagt der Eingangsseite der Schalteinheit 110, ohne Zwi- schenschaltung weiterer Komponenten, wie beispielsweise Spannungswandlern .
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine Schalteinheit 110 auf. Die Schalteinheit 110 ist mit der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 140 verbunden. In dem Beispiel aus Figur 2 ist die Schalteinheit 110 beispielhaft als Leistungsoderschaltung (Leistungs-Oder-Schaltung) ausgebildet. Eine Ausgestaltung als Leistungsoderschaltung ist insofern vorteilhaft, dass auf eine separate Steuereinheit, wie einen separaten Mikrocontroller, zur Steuerung der Leistungsoderschaltung verzichtet werden kann oder, wenn ohnehin bereits eine Steuerung, wie ein Mikrocontroller, vorgesehen ist, diese nicht zusätzlich zur Steuerung der Leistungsoderschaltung eingesetzt werden muss. Denn die Leistungsoderschaltung (auch Veroderungsschaltung) ist sozusagen selbststeuernd. Sie steuert sich selbst basierend auf empfangenen oder gemessenen Werten, wie Spannungswerten. Die Schalteinheit 110 ist ausgebildet, das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz 10 mit der ersten Verbindung 130 zu verbinden oder das zweite Bordnetz 20 zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung 120 mit der zweiten Verbindung 140 zu verbinden. Anders ausgedrückt kann die Schalteinheit 110, beispielsweise basierend auf Spannungswerten, entscheiden, ob sie das zweite Bordnetz 20 mit der ersten Verbindung 130 zur Energieversorgung durch das erste Bordnetz 10 oder mit der zweiten Verbindung 140 zur Energieversorgung durch die Energiespeicheranordnung 120 verbindet.
In Figur 2 ist die Leistungsoderschaltung rein beispielhaft mittels Dioden realisiert. Anders ausgedrückt weist die Leistungsoderschaltung aus Figur 2 beispielhaft eine Schalteinheit 110 mit mehreren parallel geschaltete Dioden (in Figur 2 sind der Einfachheit halber zwei Dioden dargestellt) auf. Die Dioden können als Schottky- Veroderungsdioden ausgestaltet sein (Schottky OR-ing Dioden). Über die Schottky- Veroderungsdioden werden als Energieversorgungsquellen das erste Bordnetz 10 und die Energiespeicheranordnung 120 mit einem gemeinsamen Punkt einer der Lasten 22, 24, 26, 28, 30, 32 (der zweiten Komponenten) verbunden. Eine alternative Ausgestaltung der Schalteinheit 110 ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Die Schalteinheit 110 aus Figur 3 weist keine Dioden sondern mehrere, parallel geschaltete Transistoren sowie mehrere zugehörige Transistor-Steuerungen auf. In der Ausgestaltung aus Figur 3 sind die mehreren Transistoren beispielhaft als zwei parallel geschaltete MOSFETs 112a, 114a ausgebildet und sind die Transistor- Steuerschaltungen als MOSFET-Controller 112b, 114b ausgebildet. Jeder der MOS¬ FETs 112a, 114a ist jeweils von einem zugehörigen MOSFET-Controller 112b, 114b steuerbar. Bei der Ausgestaltung der Schalteinheit 110 gemäß Figur 3 als Leistungs- Oder-Schaltung kann die Leistungs-Oder-Schaltung je Kanal einen oder mehrere solcher MOSFETs 112a, 114a aufweisen. Als Kanal kann hierbei jeweils ein Pfad oder eine Verbindung in der Schalteinheit 110 verstanden werden, d. h. beispielsweise ein Pfad zur Verbindung mit der ersten Verbindung 130 oder der zweiten Verbindung 140. Ferner kann die Leistungs-Oder-Schaltung, wie oben genannt, eine oder mehrere Steuerungen für die MOSFETs 112a, 114a aufweisen, wie beispielsweise einen oder mehrere sogenannte ORing-MOSFET-Controller 112b, 114b. Die einen oder mehreren Steuerungen können ausgebildet sein, das zweite Bordnetz 20 zur Energieversorgung durch das erste Bordnetz 10 mit der ersten Verbindung 130 zu verbin¬ den oder das zweite Bordnetz 20 zur Energieversorgung durch die Energiespeicheranordnung 120 mit der zweiten Verbindung 140 zu verbinden. Hierfür können die einen oder mehrere Steuerungen Spannungswerte berücksichtigen, die mit dem ersten Bordnetz 10 und der Energiespeicheranordnung 120 in Zusammenhang stehen, und eine Verbindung zu der Entität (erstes Bordnetz 10 oder Energiespeicheranordnung 120) hersteilen, bezüglich der ein höherer Spannungswert ermittelt oder gemessen wurde. Anders ausgedrückt kann die Leistungs-Oder- Schaltung die Entität mit dem höheren zugehörigen Spannungswert durchschalten. Die Leitungs-Oder-Schaltung kann insbesondere beispielsweise anhand von Spannungswerten Fehler, z. B. in dem ersten Bordnetz 10 und/oder den ersten Komponenten 12, 14, 16, 18 des ersten Bordnetzes 10 und/oder dem zweiten Bordnetz 20 und/oder den zweiten Komponenten 22, 24, 26, 28, 30 des zweiten Bordnetzes 20, erkennen und beispielsweise die erste Verbindung 130 (die auch als Brücke in Fig. 2 bezeichnet werden kann) abschalten. Das zweite Bordnetz 20 oder die zweiten Kom¬ ponenten 22, 24, 26, 28, 30 des zweiten Bordnetzes 20 werden dann beispielsweise von der Energiespeicheranordnung 120 mit Energie versorgt, indem z. B. die Lei- tungs-Oder-Schaltung das zweite Bordnetz 20 über die zweite Verbindung 140 mit der Energiespeicheranordnung 120 verbindet. Das Zuschalten und/oder Abschalten mittels der Leistungs-Oder-Schaltung kann in wenigen ps oder sogar ns erfolgen, z.
B. nachdem ein Spannungsabfall erkannt wurde.
In der beispielhaften Realisierung der Schalteinheit 110 aus Figur 3 sind die MOSFETs 112a, 114a beispielhaft als n-Kanal MOSFETs 112a, 114a ausgebildet. Über eine positive Spannung betreibt der zugehörige MOSFET-Controller 112b, 114b den jeweiligen MOSFET 112a, 114a. Die zwischen dem Source-Anschluss und Drain-Anschluss des jeweiligen MOSFETs 112a, 114a abfallende Spannung überwacht der zugehörige MOSFET-Controller 112b, 114b. Der jeweilige MOSFET 112a, 114a kann aus der jeweils gemessenen Source-Drain-Spannung (der zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss abfallenden Spannung) Rückschlüsse über Spannungswerte in den Energieversorgungsquellen (erstes Bordnetz 10 und Energiespeicheranordnung 120) und/oder Spannungswerte der Last 22 (beispielhaft ist nur eine Last 22 als zweite Komponente des zweiten Bordnetzes 20 gezeigt) oder Spannungswerte der Energieversorgungsquellen 10, 120 und/oder Spannungswerte der Last 22 ermit- teln. Über den Gate-Anschluss wird der jeweilige MOSFET 112a, 114a betrieben. Dies erfolgt basierend auf der überwachten Source-Drain-Spannung. Das sich ergebende Verhalten des jeweiligen MOSFETs 112, 114a entspricht dem einen idealen Gleichrichters, bei dem die Source- und Drain-Anschlüsse des MOSFETs 112a, 114a als Anoden- und Kathoden-Anschlüsse einer jeweiligen Diode entsprechen.
Unabhängig davon, ob die Schalteinheit 110 Dioden (wie in Figur 2) oder MOSFETs 112a, 114a (wie in Figur 3) aufweist, wird die Zuverlässigkeit der Energieversorgung aufgrund mehrerer, zuschaltbarer Energieversorgungsquellen 10, 120 erhöht. Die Ausgestaltung der Schalteinheit 110 aus Figur 3 hat ferner weitere Vorteile. Durch die Verwendung von MOSFETs 112a, 114a anstelle von Veroderungs-Dioden wird die über den MOSFETs 112a, 114 abfallende Spannung gegenüber der über den Dioden abfallenden Spannung reduziert. Dieser verringerte Spannungsabfall führt dazu, dass bei der Ausgestaltung der Schalteinheit 110 aus Figur 3, die zur Spannungsversorgung der Last 22 zur Verfügung stehende Spannung weniger stark reduziert wird als bei der Schalteinheit 110 aus Figur 2. Zwar ist die Ausgestaltung der Schalteinheit 110 aus Figur 3 mit MOSFETs 112a, 114a etwas komplexer als die Ausgestaltung aus Figur 2 mit Veroderungs-Dioden, jedoch wird die Notwendigkeit von Wärmesenken oder dgl. reduziert oder sogar eliminiert.
Alternativ zu der Ausgestaltung als Leistungs-Oder-Schaltung kann die Schalteinheit 110 eine per Software gesteuerte Schaltung aufweisen oder als solche ausgebildet sein.
Die Energieversorgungsvorrichtung 100 weist ferner eine dritte Verbindung 150 zwischen dem ersten Bordnetz 10 und der Energiespeicheranordnung 120 auf. Die dritte Verbindung 150 weist einen ersten Teilpfad 152 und einen zweiten Teilpfad 154 auf. Der erste und zweite Teilpfad 152, 154 sind zumindest teilweise/abschnittsweise unterschiedlich. Teilweise/abschnittsweise können der erste Teilpfad 152 und der zweite Teilpfad 154 übereinstimmen.
Die Energiespeicheranordnung 120 ist über den ersten Teilpfad 152 der dritten Ver¬ bindung 150 durch das erste Bordnetz 10 mit Energie aufladbar. Hierfür weist der erste Teilpfad 152 einen Gleichspannungswandler (DC/DC- Wandler) 160 auf. Der Gleichspannungswandler ist ausgebildet, einen Gieichspannungs-Eingangswert eines bestimmten Eingangswert-Bereichs in einen Gleichspannungs-Ausgangswert umzu¬ wandeln. Rein beispielhaft kann sich der Eingangswert in einem Bereich von 9 V bis 16 V, insbesondere 13 V bis 16 V, befinden. Der Ausgangswert kann rein beispielhaft 12 V betragen. Der Gleichspannungswandler 160 kann sehr einfach und kostengüns¬ tig aufgebaut sein, unter anderem, da er stets nur in eine Richtung arbeiten muss, d. h. unidirektional aus Richtung des ersten Bordnetzes 10 in Richtung der Energiespeicheranordnung 120. In die andere Richtung muss er nicht arbeiten können, d. h. es ist kein bidirektionaler Gleichspannungswandler nötig.
Trotz des einfachen Aufbaus des unidirektionalen Gleichspannungswandlers 160 ist auch eine Energiezufuhr aus Richtung der Energiespeicheranordnung 120 in Richtung des ersten Bordnetzes 10 möglich. Diese Energiezufuhr wird über den zweiten Teil¬ pfad 154 erreicht. Das erste Bordnetz 10 ist über den zweiten Teilpfad 154 der drit¬ ten Verbindung 150 durch die Energiespeicheranordnung 150 mit Energie unterstützbar. Hierfür ist in dem zweiten Teilpfad 154 eine Schaltvorrichtung 156 vorgesehen, die in Figur 2 als intelligenter Schalter bezeichnet ist, da dieser durch eine Intelligenz, genauer gesagt den Mikrocontroller 180 der Energieversorgungsvor¬ richtung 100, steuerbar ist. Ist die Schaltvorrichtung 156 in einem geöffneten Zu¬ stand kann dem ersten Bordnetz 10 keine Energie von der Energiespeicheranordnung 120 zugeführt werden. Ist die Schaltvorrichtung 156 in einem geschlossenen Zustand kann dem ersten Bordnetz 10 Energie von der Energiespeicheranordnung 120 zuge¬ führt werden. Der Mikrocontroller 180 kann hierfür beispielsweise über das Bussystem 190 Informationen darüber erhalten, dass zumindest eine der Komponenten des ersten Bordnetzes 10 oder das gesamte Bordnetz 10 Energie benötigt, beispielsweise weil die zumindest eine Komponente oder das Bordnetz 10 oder das Fahrzeug sich in einem Anlassvorgang befinden. Während dieser Phase oder dieses Vorgangs kann die Schaltvorrichtung 156 von dem Mikrocontroller 180 geschlossen werden, so dass die betroffene(n) Komponente(n) des ersten Bordnetzes 10 mit Energie von der Energiespeicheranordnung 120 unterstützt wird/werden.
Weitere Details der Energieversorgungsvorrichtung/des Leistungsstabilisators 100 werden im Folgenden erläutert. Die folgenden Details können, müssen jedoch nicht in den Ausführungsbeispielen aus Figuren 1 und 2 vorgesehen sein.
Der Leistungsstabilisator 100 kann an das erste Bordnetz/Hauptbordnetz 10 ange¬ schlossen werden und übernimmt so die Absicherung zwischen dem Hauptbordnetz 10 (auch Standard-Bordnetz genannt) und dem zweiten Bordnetz 20, an dem redundante und/oder sicherheitskritische Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32, wie Steuergeräte und Sensoren, angeschlossen sind. Die redundanten und/oder sicherheitskritischen Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32, wie Steuergeräte und Sensoren, sind jeweils an eigenen, elektronisch gesicherten Ausgängen angeschlos¬ sen, die für die autonome Fahrfunktion des Fahrzeugs beispielsweise sicherheitsbedingt notwendig sind. Sollte im Standard-Bordnetz 10 die Spannung unter einen gewissen Pegel fallen, trennt der Leistungsstabilisator 100 dieses Bordnetz 10 vom Redundanz-Bordnetz 20. Zudem stellt der Leistungsstabilisator 100 die Energieversorgung des Redundanz-Bordnetzes 20 durch die im Leistungsstabilisator 100 vorhandene Energieversorgungsanordnung 120, z. B. durch die Batterieanordnung 124 und/oder durch die Kondensatoranordnung 126 (z.B. Supercaps), bereit. Dabei ent¬ scheidet der Leistungsstabilisator 100 selbst, ob zusätzlich mit Hilfe der Schalter 170 noch einzelne Ausgänge und dadurch Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32 des zweiten Bordnetzes 20 am Ausgang abgeschaltet werden können/sollen. Sollte es in einer der Komponenten 22, 24, 26, 28, 30, 32, z. B. einem der Geräte, der Redundanzsei¬ te, d. h. des Redundanz-Bordnetzes 20, eine Fehlfunktion (wie beispielsweise einen Kurzschluss) geben, schaltet der Leistungsstabilisator 100 den entsprechenden Aus¬ gang mit dem zugehörigen Schalter der Schalter 170 ab. In einem Fehlerfall kann der Leistungsstabilisator 100 eine Nachricht über ein Busprotokoll (z.B. CAN, CANFD, LIN, Ethernet) über das Bussystem 190 senden, um andere Steuereinheiten über das Ereignis zu informieren.
Wie bereits oben erläutert wird in Figur 2 die Funktion des Umschaltens der Energie¬ versorgung für das zweite Bordnetz 20 durch eine Leistungs-Oder-Schaltung als Schalteinheit 110 realisiert, die auch als Smart-Dioden-Schaltung, bezeichnet werden kann. Wie oben skizziert, weist die Leistungs-Oder-Schaltung zumindest einen ORing- MOSFET-Controller und je Kanal einen oder mehrere MOSFETs auf. Alternativ ist das Umschalten der Energiequellen per Software gesteuerter Schaltung in einer Variante des Leistungsstabilisators 100 möglich.
Beispielhaft kann als Batterieanordnung 124 ein sogenannte 3-Zellen Batteriesystem verwendet werden. Bei dem 3-Zellen Batteriesystem handelt es sich um drei in Serie geschaltete Batterien, die einen Strang bilden, wobei mehrere solcher Stränge paral¬ lel geschaltet sind. Hierdurch kann die Hardware-Architektur des Leistungsstabilisa¬ tors 100 stark vereinfacht werden. Denn es muss beispielsweise nur die Spannung heruntergeregelt werden; Schalter zur Trennung der Spannungsbereiche entfallen. Das BMS 122 regelt dabei das Balancing/die Ausbalancierung der Batterien/Batterieanordnung 124 und überwacht auch die Ladung und Entladung des Kondensators oder der Kondensatoren der Kondensatoranordnung 126. Des Weiteren wird eine Überbrückung, nämlich die erste Verbindung 130, verwendet, sodass im Normalbetrieb das Redundanznetzwerk/Redundanz-Bordnetz 20 di- rekt/unmittelbar aus dem Standard-Bordnetz 10 versorgt wird. Direkt/unmittelbar ist hierbei so zu verstehen, dass zwischen dem ersten Bordnetz 10 und der Schalteinheit 110 keine Komponenten zwischengeschaltet sind, also insbesondere keine Komponenten sich auf der Überbrückung 130 befinden. Unter anderem dadurch kann der Gleichspannungswandler 160 (DC/DC-Wandler) schwächer oder einfacher oder weniger komplex ausgelegt werden oder es kann lediglich ein (Abwärts-)Linearregler als Gleichspannungswandler 160 Verwendung finden. Derartige unidirektionale Gleichspannungswandler sind zum einen recht einfach aufgebaut. Des Weiteren ist ihr Leistungsverbrauch verglichen mit komplexeren Gleichspannungswandlern, wie z. B. bidirektionalen Gleichspannungswandlern geringer. Rein beispielhaft sei hier, ohne darauf beschränkt zu sein, ein ungefährerer Leistungsverbrauch von 100 W für den Gleichspannungswandler 160 genannt.
Ein intelligenter Schalter 156 ist in dem zweiten Teilpfad 154 angeordnet. Der intelligente Schalter 156 ist vorhanden, um das Standard-Bordnetz 10 durch die im Leistungsstabilisator 100 vorhandene Energiespeicheranordnung 120, z. B. durch die vorhandene Batterieanordnung 124 und/oder Kondensatoranordnung 126, unterstützen zu können, falls gewünscht oder nötig.
Die Ausgänge des Leistungsstabilisators 100 sind beispielsweise durch Halbleiterschalter abgesichert, wie die Schalter 170. Es können alternativ auch Schmelzsicherungen oder Relais verwendet werden. Die letztendliche Größe des Leistungsstabilisators 100 kann so ausgelegt werden, dass er in den Bauraum einer Fahrzeug-Batterie passt. Der Leistungsstabilisator 100 kann bei Bedarf so ausgelegt werden, dass er einen Stromrückfluss einer Ausgangskomponente zulässt (z.B. bei Rekuperation durch Bremse und/oder Lenkung).
Der Leistungsstabilisator 100 kann als eigenständige Intelligenz agieren. Der Leistungsstabilisator 100 kann nicht nur die oben beschriebene Sicherungsfunktion im Sinne einer Sicherung der Energieversorgung, sondern auch Entscheidungen übernehmen, ob Kanäle (Verbraucher am Ausgang) degradiert werden. Der Leistungsstabilisator 100 ist eine Komponente, die gut sowohl beim Fahrzeugbau als auch im Nachhinein der Fahrzeugarchitektur hinzugefügt werden kann. Der Leistungsstabilisa¬ tor 100 ermöglicht eine sichere und redundante Energieversorgung. Für die Bordnetzdiagnose hat er den Vorteil einer eigenen Intelligenz für eigene Entscheidungen, wie z. B. eine Priorisierung und/oder Degradation von Komponenten des ersten Bordnetzes 10 und/oder zweiten Bordnetzes 20. Ferner wird eine Stabilisierung der Bordnetzspannung für kritische/empfindliche Komponenten oder das ganze Bordnetz 20 ermöglicht. Die beschriebenen Funktionen und Komponenten des Leistungsstabili¬ sators 100 müssen nicht alle in einem einzigen Gerät vorhanden sein, sondern können auf mehrere Geräte aufgeteilt sein. Anders ausgedrückt kann sich der Leistungsstabilisator 100 aus mehreren einzelnen Geräten zusammensetzen. Grund¬ sätzlich ist es denkbar, den Leistungsstabilisator 100 auch in anderen Bereichen als für Fahrzeuge anzuwenden, d. h. in anderen Anwendungen, bei denen eine redundante und/oder unabhängige Versorgung benötigt wird. Ferner können zumindest Teile und/oder Komponenten des Leistungsstabilisators 100 redundant ausgelegt werden. Auf diese Weise kann eine Klassifizierung nach ASIL (ASIL: Automotive Safety Integrity Level) B, C oder D erreicht werden.
Es soll nun ein spezifischer Anwendungsfall des Leistungsstabilisators 100 beschrie¬ ben werden.
Im Normalbetrieb des Fahrzeugs werden die Komponenten des Hauptbordnetzes 10 zuverlässig mit Energie versorgt. Für den Fehlerfall befinden sich einige sicherheitskritische Komponenten als redundante Komponenten in dem Redundanz- Bordnetz 20. Die Komponenten des Redundanz-Bordnetzes 20 sind im Normalbetrieb über eine Brücke (erste Verbindung 130) mit dem Hauptbordnetz 10 verbunden. Das heißt, im Normalbetrieb werden die Komponenten des Redundanz-Bordnetzes 20 durch über die erste Verbindung 130 mit Energie aus dem Hauptbordnetz 10 versorgt. Genauer gesagt ist das Hauptbordnetz 10 zur Energieversorgung des Redundanz-Bordnetzes 20 über die erste Verbindung mit der Schalteinheit 110 verbunden. Jede Komponente des Redundanz-Bordnetzes 20 ist über einen zugehörigen Schalter 170 mit der Schalteinheit verbunden. Im Normalbetrieb schaltet die Schalteinheit 110 die erste Verbindung 130 und damit die Energieversorgung des Hauptbordnetzes 10 zu den Schaltern 170 und über geschlossene Schalter 170 an das Redundanz- Bord netz 20 durch.
Ebenfalls im Normalbetrieb fließt ein Strom aus dem Hauptbordnetz 10 in den ersten Teilpfad 152 der dritten Verbindung 150 und dort direkt/unmittelbar zu dem Gleichspannungswandler 160. Der Gleichspannungswandler 160 kann die Eingangsspannung auf einen Spannungspegel wandeln, der zum Laden der Batterieanordnung 124 und zum Laden der Kondensatoranordnung 126 geeignet ist. Aus dem Gleichspannungswandler 160 fließt aufgrund der gewandelten Spannung ein zum Laden geeigneter Ladestrom direkt/unmittelbar in die Energiespeicheranordnung 120 mit Batterieanordnung 124 und Kondensatoranordnung 126. Im Fall eines Fehlers, beispielsweise eines Kurzschlusses im Hauptbordnetz 10 und eines damit verbundenen Spannungseinbruchs, schaltet die Schalteinheit 110 automatisch von der zuvor beschriebenen Energieversorgung über die erste Verbindung 130 auf eine Energieversorgung über die zweite Verbindung 140 um. Das Redundanz-Bordnetz 20 wird dadurch nicht mehr durch das Hauptbordnetz 10 sondern durch die Energiespeicheranordnung 120 mit Energie versorgt. Diese Energie kann beispielsweise durch die Batterieanordnung 124 geliefert werden. Falls hohe Ströme nötig sind, können diese durch die Kondensatoranordnung 126 kurzfristig und schnell bereitgestellt werden.
Als konkreter Beispielfall sei an dieser Stelle das Aussetzen der Lenkung oder Bremse genannt. Im Falle des autonomen Fahrens mit einem bestimmten SAE-Level dient der Mensch nicht immer als Rückfallebene. Beispielsweise könnte der Fahrer abgelenkt sein, sich mit anderen Dingen beschäftigen oder schlafen. Aufgrund dessen muss sichergestellt sein, dass die autonomen Funktionen auch im Fehlerfall zumindest so lange weiter funktionieren, bis keine Gefahr mehr besteht. Zum Beispiel wird die durch die Lenkkomponente 22 bereitgestellte Lenkfunktion so lange durch die Energieversorgung über die Energiespeicheranordnung 120 aufrechterhalten, bis das Fahrzeug beispielsweise ausgerollt ist und sicher stehenbleibt. Beispielsweise kann die Energieversorgung durch die Energiespeicheranordnung 120 so abgestimmt sein, dass die sicherheitsrelevante Funktion, wie die Lenkung, noch für mindestens eine bestimmte Zeitspanne aufrechterhalten wird, wie beispielsweise 10 Sekunden, 20 Sekunden, 30 Sekunden, 1 Minute oder länger als 1 Minute.
Falls zusätzliche Energie von dem Hauptbordnetz 10 benötigt wird, beispielsweise in einer Anlassphase oder während eines Anlassvorganges einer oder mehrerer der Komponenten des Hauptbordnetzes 10 oder des gesamten Hauptbordnetzes 10 oder des Fahrzeugs, kann der Mikrocontroller 180 den Schalter 156 schließen. Dadurch fließt ein Strom aus der Energiespeicheranordnung 120 zu dem Hauptbordnetz 10 über den zweiten Teilpfad 154 der dritten Verbindung 150. Auf diese Weise kann das Hauptbordnetz 10 mit Energie aus der Energiespeicheranordnung 120 versorgt werden, obwohl ein einfach aufgebauter, unidirektionaler Gleichspannungswandler 160 verwendet wird, über den kein Strom aus Richtung der Energiespeicheranordnung 120 in Richtung des Hauptbordnetzes 10 fließen kann.
Mit Hilfe der Energieversorgungsvorrichtung/des Leistungsstabilisators 100 wird somit eine zuverlässige und dennoch einfach aufgebaute Energieversorgung mehre¬ rer Bordnetze 10, 20 sichergestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Energieversorgungsvorrichtung (100) für ein Fahrzeug, wobei die Energieversorgungsvorrichtung (100) aufweist: eine Energiespeicheranordnung (120); eine erste Verbindung (130) zwischen einem ersten Bordnetz (10) und einem zweiten Bordnetz (20), wobei das zweite Bordnetz (20) über die erste Verbindung (130) durch das erste Bordnetz (10) mit Energie versorgbar ist; eine zweite Verbindung (140) zwischen der Energiespeicheranordnung (120) und dem zweiten Bordnetz (20), wobei das zweite Bordnetz (20) über die zweite Verbindung (140) durch die Energiespeicheranordnung (120) mit Energie versorgbar ist; und eine mit der ersten Verbindung (130) und der zweiten Verbindung (140) verbundene, seibststeuernde Schalteinheit (110), wobei die selbststeuernde Schaltein¬ heit (110) ausgebildet ist, das zweite Bordnetz (20) zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz (10) mit der ersten Verbindung (130) zu verbinden oder das zweite Bordnetz (20) zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicherano¬ rdnung (120) mit der zweiten Verbindung (140) zu verbinden.
2. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die selbststeuernde Schalteinheit (110) eine Leistungsoderschaltung aufweist oder als Leistungs¬ oderschaltung ausgebildet ist.
3. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die selbststeuernde Schalteinheit 110 ausgebildet ist, beispielsweise basierend auf Spannungswerten, zu entscheiden, ob sie das zweite Bordnetz 20 mit der ersten Verbindung 130 zur Ener¬ gieversorgung durch das erste Bordnetz 10 oder mit der zweiten Verbindung 140 zur Energieversorgung durch die Energiespeicheranordnung 120 verbindet.
4. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede von mindestens einer Komponente (22, 24, 26, 28, 30, 32) des zweiten Bordnetzes (20) über einen Schalter (170) mit der ersten (130) oder zweiten Verbindung (140) verbindbar ist.
5. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wo¬ bei die Energieversorungsvorrichtung (100) ferner eine dritte Verbindung (150) zwi- schen dem ersten Bordnetz (10) und der Energiespeicheranordnung (120) aufweist, wobei die Energiespeicheranordnung (120) über einen ersten Teilpfad (152) der dritten Verbindung (150) durch das erste Bordnetz (10) mit Energie aufladbar ist und wobei das erste Bordnetz (10) über einen zweiten, von dem ersten Teilpfad (152) zumindest teilweise unterschiedlichen Teilpfad (154) der dritten Verbindung (150) durch die Energiespeicheranordnung (120) mit Energie unterstützbar ist.
6. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei in dem ersten Teilpfad (152) ein Gleichspannungswandler (160) angeordnet ist.
7. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei der Gleichspannungswandler (160) unidirektional derart ausgebildet ist, eine variable Eingangsgröße in eine konstante Ausgangsgröße umzuwandeln.
8. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in dem zweiten Teilpfad (154) eine Schaltvorrichtung (156) angeordnet ist.
9. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Energiever¬ sorgungsvorrichtung (100) eine Steuereinheit (180) aufweist, die ausgebildet ist, die Schaltvorrichtung (156) basierend auf Informationen über einen Energiebedarf des ersten Bordnetzes (10) zu schalten.
10. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Energiespeicheranordnung (120) eine Batterieanordnung (124) und/oder eine Kondensatoranordnung (126) aufweist.
11. Energieversorgungsvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei die Batterieanordnung (124) mehrere parallel geschaltete Stränge aufweist, von denen jeder eine oder mehrere in Reihe geschaltete Batterien aufweist; und/oder die Kondensatoranordnung (126) mehrere in Reihe geschaltete Superkonden¬ satoren oder Ultra kondensatoren aufweist.
12. Energieversorgungsvorrichtung (100) für ein Fahrzeug, wobei die Energiever¬ sorgungsvorrichtung (100) aufweist: eine Energiespeicheranordnung (120); eine erste Verbindung (130) zwischen einem ersten Bordnetz (10) und einem zweiten Bordnetz (20), wobei das zweite Bordnetz (20) über die erste Verbindung (130) durch das erste Bordnetz (10) mit Energie versorgbar ist; eine zweite Verbindung (140) zwischen der Energiespeicheranordnung (120) und dem zweiten Bordnetz (20), wobei das zweite Bordnetz (20) über die zweite Verbindung (140) durch die Energiespeicheranordnung (120) mit Energie versorgbar ist; eine mit der ersten Verbindung (130) und der zweiten Verbindung (140) verbundene Schalteinheit (110), wobei die Schalteinheit (110) ausgebildet ist, das zwei- te Bordnetz (20) zur Versorgung mit Energie durch das erste Bordnetz (10) mit der ersten Verbindung (130) zu verbinden oder das zweite Bordnetz (20) zur Versorgung mit Energie durch die Energiespeicheranordnung (120) mit der zweiten Verbindung (140) zu verbinden; und eine dritte Verbindung (150) zwischen dem ersten Bordnetz (10) und der Energiespeicheranordnung (120), wobei die Energiespeicheranordnung (120) über einen ersten Teilpfad (152) der dritten Verbindung (150) durch das erste Bordnetz (10) mit Energie aufladbar ist und wobei das erste Bordnetz (10) über einen zweiten, von dem ersten Teilpfad (152) zumindest teilweise unterschiedlichen Teilpfad (154) der dritten Verbindung (150) durch die Energiespeicheranordnung (120) mit Energie unterstützbar ist.
13. Batterie für ein Fahrzeug, wobei die Batterie die Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
14. Fahrzeug aufweisend: ein erstes Bordnetz (10); ein zweites Bordnetz (20) mit mindestens einer redundanten und/oder sicher¬ heitskritischen Komponente (22, 24, 26, 28, 30, 32); die Energieversorgungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder die Batterie nach Anspruch 13.
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