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WO2006082125A1 - Bordnetz für sicherheitsrelevante verbraucher - Google Patents

Bordnetz für sicherheitsrelevante verbraucher Download PDF

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Publication number
WO2006082125A1
WO2006082125A1 PCT/EP2006/050198 EP2006050198W WO2006082125A1 WO 2006082125 A1 WO2006082125 A1 WO 2006082125A1 EP 2006050198 W EP2006050198 W EP 2006050198W WO 2006082125 A1 WO2006082125 A1 WO 2006082125A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
safety
relevant
electrical system
consumers
voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/050198
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Mueller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2006082125A1 publication Critical patent/WO2006082125A1/de

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Classifications

    • 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
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle electrical system for safety-relevant consumers according to the preamble of claim 1.
  • Bordnetze for supplying the electrical consumers in the motor vehicle today usually consist of a generator, a lead-acid battery, a fuse and relay box and a wiring harness for the distribution of electrical energy.
  • Safety-relevant consumers depend on the reliable supply of electrical energy for their full functionality and therefore need an electrical vehicle electrical system with high reliability. For this reason, today's conventional electrical systems for the supply of x-by-wire systems can only be used if certain additional measures are taken. Such electrical systems, which are also suitable for safety-relevant consumers are known for example from DE 102 51 589 Al. In these known on-board networks, safety-relevant consumers, which make high demands on the availability of electrical energy, are supplied redundantly via complex circuits. For this purpose, each consumer is supplied with a supply voltage via two different supply paths. If the supply voltage supplied via one of the supply paths fails, the further function of the consumer is still ensured by the supply voltage supplied via the second supply value. Thus, in case of failure, no discharge of the batteries used, both supply paths are over Decoupling members, such as switches or diodes separated from each other. As safety-relevant consumers, for example, x-by-wire consumers are mentioned.
  • the vehicle electrical system according to the invention for safety-relevant consumers with the features of claim 1 has over the features of the prior art has the advantage that a reliable power supply for safety-relevant consumers by means of a very simple circuit arrangement is achieved.
  • the simple vehicle electrical system according to the invention enables this operation of consumers who place high demands on safety and reliability of the electrical power supply.
  • the vehicle electrical system architecture consists of two subnetworks coupled to one another, wherein a subnetwork represents the classic vehicle electrical system that is customary today and the second onboard electrical system is a freely scalable auxiliary electrical system.
  • the auxiliary electrical system is coupled via one or more DC-DC converter (DC / DC converter) to the base board network.
  • DC-DC converter DC / DC converter
  • one or more additional batteries are used for buffering, which can be charged by the DC-DC converter used.
  • the safety-relevant consumer or the safety-relevant consumers are normally supplied with electrical energy by the base electrical system.
  • the auxiliary on-board network only supplies the safety-relevant consumer when the base on-board network is no longer capable of doing so and can supply no or only insufficiently large amount of electrical energy.
  • the voltage converter is an advantageous decoupling of the load-dependent voltage level of the base vehicle network from the auxiliary electrical system and the additional batteries.
  • the charging strategy of the additional batteries thus does not depend in an advantageous manner on the voltage level of the base-board network and can therefore be optimally adapted to the batteries used.
  • it is also possible to have different ones Use of battery types in the auxiliary electrical system making it possible to achieve a diverse redundancy in terms of energy storage and thus increase the reliability of the electrical system architecture even further. Since the additional batteries are used only for not fully functional baseboard network to supply the safety-relevant consumer, these batteries of the auxiliary electrical system are cycled only very slightly, resulting in a long life of the batteries of the auxiliary electrical system.
  • the voltage converter advantageously only compensate for the self-discharge of the additional batteries. Therefore, it only has to be designed for a very low nominal output, resulting in a very cost-effective solution.
  • an encapsulation of errors in components as well as in the sub-networks can be carried out in an advantageous manner. Even when the base-board network is not functional, the safety-relevant consumer can continue to be reliably supplied. With regard to the vehicle electrical system function, this leads to an indirect fail-safe behavior of the vehicle.
  • the electrical supply of the safety-relevant consumer or consumers by means of the now active auxiliary electrical system is possible until the vehicle is stationary.
  • the safety-relevant consumers are brakes, in particular two-circuit, electrically actuated brakes.
  • FIG. 1 shows as the first exemplary embodiment an inventive architecture of a vehicle electrical system for safety-relevant consumers.
  • the vehicle electrical system architecture in this case consists of two different, mutually coupled subnetworks, which are referred to as block 4 and block 14.
  • Block 4 symbolizes today's usual vehicle electrical system in motor vehicles, which is referred to below as the base vehicle network. It comprises at least one generator 1, one - A -
  • Energy storage in particular a battery 2 and, for example, a non-safety-relevant consumer 3.
  • the consumer representing a variety of electrical consumers, for example, may be the starter.
  • Block 14 shows the auxiliary electrical system with the components that are necessary to achieve a safe and reliable electrical energy supply for safety-relevant consumers.
  • the safety-relevant consumers are represented by block 15 using the example of a two-channel system with the blocks 16 and 17.
  • These blocks 16 and 17 may be, for example, an x-by-wire system, in particular a dual-circuit electrical braking system. In principle, however, other consumers are possible, which make high demands on the safety and reliability of the electrical energy supply.
  • the connection between the safety-relevant consumer 15 and the two safety-relevant consumers 16 and 17 and the base vehicle network 4 is obtained via corresponding lines and the switches 5 and 6.
  • the switches 10 and 13 connect the load 15 or the consumers 16 and 17 with the additional batteries 9 and 12.
  • the additional batteries 9 and 12, which can be selectable energy storage are in the embodiment of Figure 1 via a common DC-DC converter (DC / DC Transducer) 7 connected to the base board network 4, wherein the connection takes place in the vicinity of the generator 1.
  • the voltage converter 7 comprises in the embodiment of Figure 1, two outputs and, depending on the selected converter principle, in addition, the switches 8 and 11. However, these switches 8 and 11 need not necessarily be included in the Wandlerfunkton Rund.
  • the connection of the switches 5 and 6 to the base board network 4 is made to a connecting line between the generator 1 and the battery 2, wherein the exact connection points are selectable. Instead of the voltage converter 7, two separate DC-DC converter with appropriate shading can be provided.
  • the switch or switches of the DC-DC converter 7 can also be actuated in a suitable manner by a control device integrated therewith.
  • the arrangement shown in Figure 1 is to be understood only as an exemplary way of component sharing.
  • the switches 5, 6, 10 and 13 can also be integrated into the consumer 15.
  • the switches 8 and 11 functionally contained in the DC-DC converter shown by block 7 could also be implemented separately from the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter 7 with the two outputs can alternatively be constructed by two separate voltage transformers. In this case, alternatively, different converter principles can be realized and thereby a diverse redundancy of the voltage converter can be represented. This makes it possible to increase the reliability of the illustrated vehicle electrical system architecture even further.
  • the individual switches 5, 6, 8, 10, 11, 13 can be realized in different or the same way, for example by electronic circuit breakers such as transistors or by relays.
  • additional devices for current and / or voltage measurement can be used in the switches. These devices can then be used to monitor and diagnose the auxiliary electrical system.
  • a first exemplary operating mode for supplying the safety-relevant consumer 15 is to keep the switches 5 and 6 closed during the fault-free operation of the base on-board network 4 and to open the switches 10 and 13. The safety-relevant consumer 15 is then supplied via the base vehicle network 4 during normal operation.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 7 is controlled so that it only charges the two additional batteries 9 and 12 when the state of charge of the auxiliary batteries requires it. To detect the state of charge, these batteries can be assigned their own state of charge detection. Since the charge of the batteries 9 and 12 is required only relatively rarely, their cyclization and thus the stress on the batteries for this reason is very low. This results in a long life and reliability of the additional batteries.
  • the additional batteries 9 and 12 are decoupled from the base-board network 4 by the DC-DC converter.
  • the charge of Additional batteries 9 and 12 can therefore be carried out independently of the load-dependent voltage level of the base vehicle network 4. In this way, an optimal charge of the additional batteries is ensured.
  • the auxiliary electrical system can be completely separated by opening the switches 8 and 11 from the base board network 4. This prevents an error propagation, for example the propagation of unacceptable overvoltages from the base on-board network 4 to the auxiliary on-board network 14.
  • the auxiliary electrical system 14 can be tested and checked. For example, by activating the individual components of the auxiliary electrical system and measuring the current and voltage in the active current paths, a diagnosis of the blocks 5 to 13, ie in particular the switch, is possible. If the switches 8 and 11 are not already functionally contained in the DC-DC converter 7 because of the converter principle, additional switches can be provided between the DC-DC converter and the additional batteries. This can be a separation in case of error. By the different switches 8, 11; 5, 6 and 10, 13 errors can generally be encapsulated and so error propagation reliably prevented and possible errors do not affect the function of the consumer 15.
  • the switches 5 and 6 are opened and the switches 10 and 13 are closed.
  • the control of the switch can be done for example by means of a control device, such as a vehicle electrical system control unit, which outputs drive signals to the switch.
  • the supply of the safety-relevant consumer 15 takes place in case of failure of the base-board network with the help of additional batteries 9 and 12.
  • the help of integrated in the voltage converter 7 switch the connection to the base board network can be interrupted.
  • the function of the safety-relevant consumer 15 can be ensured and a complete decoupling of the safety-relevant consumer 15 from the base vehicle network 4 can be achieved even in the case of a faulty base vehicle network.
  • Another possible mode of operation is that initially only one of the two additional batteries of the auxiliary electrical system is coupled to the consumer 15 in the event of a faulty base-board network 4. Which of the two batteries is selected can be selected on the basis of specifiable conditions. If the two batteries have own state of charge detections, for example, the battery with the better state of charge can be switched on first. Only when the first switched-on current path or the relevant battery can no longer provide enough electrical power to the consumer 15, for example, a fault or because the battery is too discharged, the second channel of the auxiliary electrical system is coupled to the consumer 15.
  • Another possible mode of operation is that at times low voltage of the base vehicle network 4 of the consumer 15 can be supplied by means of the additional batteries 9 and 12. As a result, an increased stability of the supply voltage of the load 15 can be achieved.
  • the possibly too low output voltage of the battery 2 can be raised so far that a charge of the batteries 9 or 12 is still possible.
  • the output voltage supplied by the DC-DC converter 7 is set to a value which lies above the charging voltage of the batteries 9 and 12, respectively.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a vehicle electrical system architecture according to the invention.
  • This second embodiment corresponds in essential parts of the first embodiment and differs from this particular in that only a single additional battery 9 is present, the over the switches 10 and 13 can be connected to the consumer 15.
  • the DC voltage switch 7 comprises in this case only a single switch 8, wherein it is again possible to carry out the switch 8 separately from the voltage converter 7.
  • the electrical system architecture shown in Figure 2 is a cheaper option, since only an additional battery 9 and a switch 8 are required.
  • Both exemplary embodiments are suitable for reliably supplying safety-relevant electrical consumers in a vehicle electrical system with voltage. They are particularly suitable for supplying so-called x-by-wire consumers.
  • x-by-wire consumers which themselves are designed to be redundant, for example, dual-circuit electric brake systems or generally two-channel systems can be supplied so that at least part of the safety-critical load 15 remains energized even in the event of a fault.
  • the batteries 9, 12 in the auxiliary electrical system (block 14) various types of electrical energy storage can be used in principle.
  • the batteries 9, 12 may be of the same type, but alternatively batteries of different types may be used.
  • the storage of electrical energy in the auxiliary electrical system (block 14) results in a diverse redundancy.
  • Possible embodiments optionally include combinations of the embodiments illustrated in the two figures.

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Abstract

Es wird ein Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher angegeben, das wenigstens zwei Teilbordnetze umfasst, ein erstes herkömmliches Teilbordnetz und ein zweites Zusatzbordnetz mit den Komponenten, die zur Erzielung einer sicheren und zuverlässigen elektrischen Energieversorgung für die sicherheitsrelevanten Verbraucher dient. Das Zusatzbordnetz umfasst dabei wenigstens vier Verbindungswege, über die der sicherheitsrelevante Verbraucher an wenigstens zwei Batterien anschließbar ist. Als sicherheitsrelevante Verbraucher sind insbesondere x-by-wire-Verbraucher vorgesehen, beispielsweise zweikreisige elektrische Bremssysteme.

Description

Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach der Gattung des Anspruchs 1.
Bordnetze zur Versorgung der elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeug bestehen heute üblicherweise aus einem Generator, einer Blei-Säure-Batterie, einer Sicherungs- und Relaisbox und einem Kabelbaum zur Verteilung der elektrischen Energie.
Sicherheitsrelevante Verbraucher sind für ihre volle Funktionsfähigkeit auf die zuverlässige Versorgung mit die elektrischer Energie angewiesen und benötigen daher ein elektrisches Bordnetz mit hoher Verlässlichkeit. Aus diesem Grund sind heute übliche Bordnetze zur Versorgung von x-by-wire-Systemen nur dann einsetzbar, wenn bestimmte Zusatzmaßnahmen getroffen werden. Solche elektrische Bordnetze, die auch für sicherheitsrelevante Verbraucher geeignet sind, sind beispielsweise aus der DE 102 51 589 Al bekannt. Bei diesen bekannten Bordnetzen werden sicherheitsrelevante Verbraucher, die hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit elektrischer Energie stellen, über aufwändige Schaltungen redundant versorgt. Dazu wird jeder Verbraucher über zwei verschiedene Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Fällt die über einen der Versorgungswege gelieferte Versorgungsspannung aus, dann ist die weitere Funktion des Verbrauchers durch die über den zweiten Versorgungswert gelieferte Versorgungsspannung weiterhin sichergestellt. Damit im Fehlerfall keine Entladung der eingesetzten Batterien erfolgt, sind beide Versorgungswege über Entkopplungsglieder, beispielsweise Schalter oder Dioden voneinander getrennt. Als sicherheitsrelevante Verbraucher werden beispielsweise x-by-wire- Verbraucher genannt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber den Merkmalen dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine zuverlässige Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher mit Hilfe einer sehr einfachen Schaltungsanordnung erzielt wird. Die erfindungsgemäße einfache Bordnetzarchitektur ermöglicht diesen Betrieb von Verbrauchern, die hohen Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung stellen. Erfindungsgemäß besteht die Bordnetzarchitektur aus zwei miteinander gekoppelten Teilnetzen, wobei ein Teilnetz das klassische heute übliche Bordnetz darstellt und das zweite Bordnetz ein frei skalierbares Zusatzbordnetz ist. Dadurch ist die Integration von sicherheitsrelevanten Verbrauchern und deren elektrische Versorgung besonders einfach in eine bestehende Bordnetzstruktur integrierbar. Durch die vorteilhafte Skalierbarkeit des Zusatzbordnetzes können wahlweise einer oder auch mehrere sicherheitsrelevante Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass das Zusatzbordnetz über einen oder mehrere Gleichspannungswandler (DC/DC- Wandler) mit dem Basisbordnetz gekoppelt ist. In vorteilhafter Weise werden zur Pufferung eine oder mehrere Zusatzbatterien eingesetzt, die durch die eingesetzten Gleichspannungswandler aufgeladen werden können. Der sicherheitsrelevante Verbraucher bzw. die sicherheitsrelevanten Verbraucher werden im Normalfall durch das Basisbordnetz mit elektrischer Energie versorgt. Das Zusatzbordnetz versorgt nur dann den sicherheitsrelevanten Verbraucher, wenn das Basisbordnetz dazu nicht mehr in der Lage ist und keine oder nur ungenügend viele elektrische Energie liefern kann.
Mit Hilfe der Spannungswandler erfolgt eine vorteilhafte Entkopplung der belastungsabhängigen Spannungslage des Basisbordnetzes vom Zusatzbordnetz und den Zusatzbatterien. Die Ladestrategie der Zusatzbatterien hängt somit in vorteilhafter Weise nicht von der Spannungslage des Basisbordnetzes ab und kann daher optimal auf die verwendeten Batterien abgestimmt werden. Damit ist es auch möglich, unterschiedliche Batterietypen im Zusatzbordnetz einzusetzen, wodurch es möglich ist, eine diversitäre Redundanz hinsichtlich der Energiespeicherung zu realisieren und damit die Verlässlichkeit der Bordnetzarchitektur noch weiter zu erhöhen. Da die Zusatzbatterien nur bei nicht voll funktionsfähigem Basisbordnetz zur Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers benutzt werden, werden diese Batterien des Zusatzbordnetzes nur sehr wenig zyklisiert, wodurch sich eine hohe Lebensdauer der Batterien des Zusatzbordnetzes ergibt.
Während des fehlerfreien Betriebs muss der Spannungswandler, abhängig von der gewählten Betriebsstrategie, in vorteilhafter Weise nur die Selbstentladung der Zusatzbatterien kompensieren. Daher muss er nur auf eine sehr geringe Nennleistung hin ausgelegt sein wodurch sich eine sehr kostengünstige Lösung ergibt. Durch die Entkopplung der einzelnen Teilbordnetze der erfindungsgemäßen Bordnetzarchitektur kann in vorteilhafter Weise eine Kapselung von Fehlern in Komponenten sowie in den Teilnetzen durchgeführt werden. Auch bei nicht funktionsfähigem Basisbordnetz kann der sicherheitsrelevante Verbraucher weiterhin zuverlässig versorgt werden. Dies führt hinsichtlich der Bordnetzfunktion zu einem mittelbaren Fail-Save Verhalten des Fahrzeugs. Sofern das Basisbordnetz nicht mehr funktionsfähig ist, ist zwar kein weiterer Antrieb des Fahrzeugs mehr möglich, dennoch ist die elektrische Versorgung des oder der sicherheitsrelevanten Verbraucher mittels des nun aktiven Zusatzbordnetzes bis zum Fahrzeugstillstand möglich. Dies ist besonders vorteilhaft wenn die sicherheitsrelevanten Verbraucher Bremsen, insbesondere zweikreisige elektrisch betätigbare Bremsen sind.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In Figur 1 ist als erstes Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Architektur eines Bordnetzes für sicherheitsrelevante Verbraucher dargestellt. Die Bordnetzarchitektur besteht in diesem Fall aus zwei unterschiedlichen, miteinander gekoppelten Teilnetzen, die als Block 4 und Block 14 bezeichnet sind.
Block 4 symbolisiert das heute übliche Bordnetz in Kraftfahrzeugen, das im Folgenden als Basisbordnetz bezeichnet wird. Es umfasst wenigstens einen Generator 1, einen - A -
Energiespeicher, insbesondere eine Batterie 2 und beispielhaft einen nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher 3. Der Verbraucher, der eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern repräsentiert, kann beispielsweise auch der Starter sein.
Block 14 zeigt das Zusatzbordnetz mit den Komponenten, die zu Erzielung einer sicheren und zuverlässigen elektrischen Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher notwendig sind. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher werden dabei durch Block 15 am Beispiel eines zweikanaligen Systems mit den Blöcken 16 und 17 repräsentiert. Diese Blöcke 16 und 17 können beispielsweise ein x-by-wire-System sein, insbesondere ein zweikreisiges elektrisches Bremssystem. Prinzipiell sind jedoch auch andere Verbraucher möglich, die hohe Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrische Energieversorgung stellen.
Die Verbindung zwischen dem sicherheitsrelevanten Verbraucher 15 bzw. den beiden sicherheitsrelevanten Verbrauchern 16 und 17 und dem Basisbordnetz 4 wird über entsprechende Leitungen sowie die Schalter 5 und 6 erhalten. Die Schalter 10 und 13 verbinden den Verbraucher 15 bzw. die Verbraucher 16 und 17 mit den Zusatzbatterien 9 und 12. Die Zusatzbatterien 9 und 12, die wählbare Energiespeicher sein können, sind im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 über einen gemeinsamen Gleichspannungswandler (DC/DC- Wandler) 7 mit dem Basisbordnetz 4 verbunden, wobei der Anschluss in der Nähe des Generators 1 erfolgt. Der Spannungswandler 7 umfasst im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zwei Ausgänge und je nach gewähltem Wandlerprinzip zusätzlich die Schalter 8 und 11. Diese Schalter 8 und 11 müssen jedoch nicht zwangsweise in der Wandlerfunktonalität enthalten sein. Der Anschluss der Schalter 5 und 6 an das Basisbordnetz 4 erfolgt an eine Verbindungsleitung zwischen dem Generator 1 und der Batterie 2, wobei die genauen Anschlusspunkte wählbar sind. An Stelle des Spannungswandlers 7 können auch zwei getrennte Gleichspannungswandler mit entsprechender Verschattung vorgesehen werden.
Die einzelnen Schalter oder können mit Hilfe einer Steuereinrichtung 18, beispielsweise einem (Bordnetz)-Steuergerät in geeigneter Weise angesteuert werden und damit geöffnet oder geschlossen werden. Der oder die Schalter des Gleichspannungswandlers 7 können auch von einer in diesem integrierten Steuereinrichtung in geeigneter Weise betätigt werden. Generell ist die in Figur 1 gezeigte Anordnung nur als eine beispielhafte Möglichkeit der Komponentenaufteilung zu verstehen. Wahlweise können die Schalter 5, 6, 10 und 13 auch in den Verbraucher 15 integriert werden. Beispielsweise könnten auch die in dem durch Block 7 dargestellten Gleichspannungswandler funktional enthaltenen Schalter 8 und 11 auch getrennt vom Gleichspannungswandler realisiert werden.
Der Gleichspannungswandler 7 mit den beiden Ausgängen kann alternativ auch durch zwei getrennte Spannungswandler aufgebaut werden. In diesem Fall können wahlweise unterschiedliche Wandlerprinzipien realisiert werden und dadurch eine diversitäre Redundanz der Spannungswandler dargestellt werden. Damit lässt sich die Verlässlichkeit der dargestellten Bordnetzarchitektur noch weiter erhöhen.
Die einzelnen Schalter 5, 6, 8, 10, 11, 13 können auf unterschiedliche oder gleiche Weise realisiert werden, beispielsweise durch elektronische Leistungsschalter wie Transistoren oder durch Relais. In den Schaltern können wahlweise zusätzliche Einrichtungen zur Strom- und /oder Spannungsmessung eingesetzt werden. Diese Einrichtungen können dann für die Überwachung und Diagnose des Zusatzbordnetzes verwendet werden.
Die Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher lässt sich mittels unterschiedlicher Betriebsarten realisieren. Eine erste beispielhafte Betriebsart zur Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 besteht darin, während des fehlerfreien Betriebs des Basisbordnetzes 4 die Schalter 5 und 6 geschlossen zu halten und die Schalter 10 und 13 geöffnet. Der sicherheitsrelevante Verbraucher 15 wird dann während des Normalbetriebs nur über das Basisbordnetz 4 versorgt.
Der Gleichspannungswandler (DC/DC- Wandler) 7 wird so angesteuert, dass er die beiden Zusatzbatterien 9 und 12 nur dann auflädt, wenn der Ladezustand der Zusatzbatterien dies erfordert. Zur Erkennung des Ladezustands kann diesen Batterien eine eigene Ladezustandserkennung zugeordnet werden. Da die Ladung der Batterien 9 und 12 nur relativ selten erforderlich ist, ist deren Zyklisierung und damit die Beanspruchung der Batterien aus diesem Grund sehr gering. Daraus ergibt sich eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Zusatzbatterien.
Während des Normalbetriebs sind die Zusatzbatterien 9 und 12 durch den Gleichspannungswandler vom Basisbordnetz 4 entkoppelt. Die Aufladung der Zusatzbatterien 9 und 12 kann daher unabhängig vom belastungsabhängigen Spannungsniveau des Basisbordnetzes 4 erfolgen. Auf diese Weise wird eine optimale Ladung der Zusatzbatterien sichergestellt. Sind die Zusatzbatterien aufgeladen, kann das Zusatzbordnetz durch öffnen der Schalter 8 und 11 vollständig vom Basisbordnetz 4 getrennt werden. Dadurch wird eine Fehlerausbreitung, beispielsweise die Ausbreitung von unzulässigen Überspannungen vom Basisbordnetz 4 auf das Zusatzbordnetz 14 verhindert.
Durch Überwachungs- bzw. Diagnoseeinrichtungen kann das Zusatzbordnetz 14 getestet und überprüft werden. Beispielsweise ist durch Aktivierung der einzelnen Komponenten des Zusatzbordnetzes und Messung von Strom und Spannung in den aktiven Strompfaden ein Diagnose der Blöcke 5 bis 13, also insbesondere der Schalter möglich. Sind im Gleichspannungswandler 7 die Schalter 8 und 11 nicht bereits aufgrund des Wandlerprinzips funktional enthalten können wahlweise zusätzliche Schalter zwischen den Gleichspannungswandler und den Zusatzbatterien vorgesehen werden. Damit kann eine Auftrennung im Fehlerfall erfolgen. Durch die verschieden Schalter 8, 11; 5, 6 und 10, 13 können Fehler generell gekapselt werden und so eine Fehlerausbreitung zuverlässig verhindert werden und mögliche Fehler die Funktion des Verbrauchers 15 nicht beeinträchtigen.
Möglicherweise auftretende Fehlerfälle, deren Auswirkungen verringert oder ganz vermieden werden können, werden im Folgenden beispielhaft dargestellt. Kann im Fehlerfall das Basisbordnetz 4 aufgrund einer entleerten oder defekten Batterie oder aufgrund eines Kurzschlusses nicht mehr die erforderliche Leistung an den sicherheitsrelevanten Verbraucher 15 liefern, werden die Schalter 5 und 6 geöffnet und die Schalter 10 und 13 geschlossen. Die Ansteuerung der Schalter kann beispielsweise mit Hilfe einer Steuereinrichtung, beispielsweise einem Bordnetzsteuergerät erfolgen, das Ansteuersignale an die Schalter abgibt. Die Versorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 erfolgt im Fehlerfall des Basisbordnetzes mit Hilfe der Zusatzbatterien 9 und 12. Wahlweise kann mit Hilfe der im Spannungswandler 7 integrierten Schalter zusätzlich die Verbindung zum Basisbordnetz unterbrochen werden. Dadurch kann auch bei einem fehlerhaften Basisbordnetz die Funktion des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 sichergestellte werden und eine vollständige Entkopplung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 vom Basisbordnetzes 4 erzielt werden. Tritt während des Normalbetriebs in einem Kanal des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 ein elektrischer Kurzschluss auf, beispielsweise im Block 16, wird der Schalter 5 geöffnet. Da der Schalter 10 während des Normalbetriebs ebenfalls geöffnet ist, wird auch in diesem Fall der Fehler so gekapselt, dass der zweite Block 17 bzw. der zugehörige Kanal des sicherheitsrelevanten Verbrauchers funktionsfähig bleibt. Damit ist sichergestellte, dass einer der beiden Blöcke 16 oder 17 des sicherheitsrelevanten Verbrauchers 15 auch im Fehlerfall funktionsfähig bleibt. Ist der sicherheitsrelevante Verbraucher 15 ein zweikreisiges elektrisches Bremssystem bzw. ein zweikanaliges System, bleibt im Fehlerfall einer der beiden Bremskreise bzw. einer der beiden Kanäle funktionsfähig.
Eine weitere mögliche Betriebsart besteht darin, dass bei einem fehlerhaften Basisbordnetz 4 zunächst nur eine der beiden Zusatzbatterien des Zusatzbordnetzes mit dem Verbraucher 15 gekoppelt wird. Welche der beiden Batterien ausgewählt wird kann anhand vorgebbarer Bedingungen gewählt werden. Sofern die beiden Batterien eigenen Ladezustandserkennungen aufweist, kann beispielsweise die Batterie mit dem besseren Ladezustand zuerst zugeschaltet werden. Erst wenn der erste zugeschaltete Strompfad bzw. die betreffende Batterie ebenfalls nicht mehr genügend elektrische Leistung an den Verbraucher 15 liefern kann, beispielsweise eines Fehlers oder weil die Batterie zu sehr entladen ist, wird der zweite Kanal des Zusatzbordnetzes mit dem Verbraucher 15 gekoppelt.
Eine weitere mögliche Betriebsart besteht darin, dass bei zeitweise niedriger Spannung des Basisbordnetzes 4 der Verbraucher 15 mit Hilfe der Zusatzbatterien 9 und 12 versorgt werden kann. Dadurch kann eine erhöhte Stabilität der Versorgungsspannung des Verbrauchers 15 erzielt werden. Über den Gleichspannungswandler 7 kann die gegebenenfalls zu niedrige Ausgangsspannung der Batterie 2 soweit angehoben werden, dass eine Ladung der Batterien 9 oder 12 noch möglich ist. Es wird dazu die vom Gleichspannungswandler 7 gelieferte Ausgangsspannung auf einen Wert eingestellt, der oberhalb der Ladespannung der Batterien 9 bzw. 12 liegt.
Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bordnetzarchitektur dargestellt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht in wesentlichen Teilen dem ersten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich von diesem insbesondere darin, dass nur noch eine einzige Zusatzbatterie 9 vorhanden ist, die über die Schalter 10 und 13 an den Verbraucher 15 anschließbar ist. Der Gleichspannungsschalter 7 umfasst in diesem Fall lediglich einen einzigen Schalter 8 wobei es wiederum möglich ist, den Schalter 8 getrennt vom Spannungswandler 7 auszuführen. Die in Figur 2 dargestellte Bordnetzarchitektur ist eine kostengünstigere Variante, da lediglich eine Zusatzbatterie 9 und ein Schalter 8 benötigt werden.
Beide Ausfuhrungsbeispiele sind geeignet, sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz zuverlässig mit Spannung zu versorgen. Sie sind besonders geeignet zur Versorgung so genannter x-by-wire- Verbraucher. Besonders solche x-by- wire- Verbraucher, die selbst redundant ausgeführt sind, beispielsweise zweikreisige elektrische Bremssysteme bzw. generell zweikanalige Systeme können so versorgt werden, dass auch im Fehlerfall zumindest ein Teil des sicherheitskritischen Verbrauchers 15 mit Spannung versorgt bleibt.
Für die Batterien 9, 12 im Zusatzbordnetz (Block 14), können prinzipiell verschiedenartige elektrische Energiespeicher eingesetzt werden. Die Batterien 9, 12 können vom selben Typ sein, wahlweise können jedoch auch Batterien unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden. In diesem Fall ergibt sich auch für die Speicherung der elektrischen Energie im Zusatzbordnetz (Block 14) eine diversitäre Redundanz.
Mögliche Ausgestaltungen umfassen gegebenenfalls Kombinationen der in den beiden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele.

Claims

Ansprüche
1. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher mit wenigstens zwei Teilbordnetzen, in denen jeweils eine Versorgungsspannung zur Verfügung steht und wenigstens einem Verbraucher der an eines der Teilbordnetze angeschlossen ist, wobei einer der Verbraucher ein sicherheitsrelevanter Verbraucher ist, der über zwei verschiedene Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar ist und die Versorgungswege durch Entkopplungsmittel voneinander entkoppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der sicherheitsrelevante Verbraucher (15) über wenigstens 4 Versorgungswege mit wenigsten 2 Energiespeichern (2, 9, 12), vorzugsweise Batterien verbindbar ist.
2. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sicherheitsrelevante Verbraucher (15) zwei Teilverbraucher (16, 17) umfasst und die beiden Teilverbraucher (16, 17) über je zwei Versorgungswege mit den wenigstens zwei Batterien verbindbar ist.
3. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher (15) x-by-wire-Systeme sind.
4. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher (15) ein zweikreisiges elektrisches Bremssystem oder ein sonstiges zweikanaliges System darstellen.
5. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Versorgungswege einen Spannungswandler (7) oder zwei getrennte Spannungswandler aufweist, der eingangsseitig an die Verbindungsleitung zwischen dem Generator (1) und der Batterie (2) angeschlossen ist und ausgangsseitig mit wenigstens einer weiteren Batterie (9, 12) verbindbar ist oder sind.
6. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (7) ein Gleichspannungswandler ist, der Ausgangsseitig eine geeignete, von der Spannungslage des Basisbordnetzes entkoppelte Ladespannung für eine Batterie abgibt.
7. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gleichspannungswandler ausgangsseitig abgegebene Spannung eine höhere Spannung ist als die eingangsseitig zugeführte Spannung und die ausgangsseitige Spannung wenigstens so hoch ist, dass sie als Ladespannung für eine Batterie (9, 12) dienen kann.
8. Bordnetz für sicherheitsrelevante Verbraucher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (18) vorhanden ist, die die Schalter ansteuert und die Versorgungswege auftrennt oder schließt abhängig von auftretenden Fehlfunktionen und dabei die auftretenden Fehler an ihrer Ausbreitung im Bordnetz hindert.
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