Bordnetz für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bordnetze heutiger Kraftfahrzeuge umfassen einen als Drehstrommaschine mit nachgeschalteter Gleichrichterschaltung ausgebildeten Generator als Energiewandler, eine oder mehrere Energiespeichereinheiten, bspw. Batterien sowie über das Bordnetz zu versorgende elektrische Verbraucher. Ein Verpo- lungsschutz wird bei solchen Bordnetzen durch die Gleichrichterdioden einer nachgeschalteten Gleichrichterschaltung realisiert .

Darüber hinaus sind auch Bordnetze mit zwei Energiespeichersystemen mit unterschiedlichen Nominalspannungen als Systemspannungen ohne Potentialtrennung bekannt, so zum Bsp. ein Energiespeichersystem, bspw. eine 12V-Batterie für Normalverbraucher des Kraftfahrzeugs und ein weiteres Energiespeichersystem, bspw. bestehend aus Doppelschichtkondensatoren (Ultra -caps) für Hochstromverbraucher.

Ein Batteriemanagement für Energiefluß- und Ruhestrommanagement zwischen diesen beiden Energiespeichersystemen wird von einer Steuereinheit bzw. einem Steuergerät bewirkt, wobei diese Steuereinheit von der 12V-Batterie mit einer Betriebsspannung versorgt wird. Als Verpolschutz dient ein Ventil, bspw. eine Verpolschutzdiode, die die 12V-Batterie mit der Steuereinheit verbindet. Nachteilig an einem solchen Bordnetz mit zwei Energiespeichersystemen ist ein Zustand, bei dem die Systemspannung der 12V-Batterie unter die Spannung der weiteren Energiespeichereinheit fällt und damit die Gefahr eines Ladungsabflusses in Richtung der 12V-Batterie aufgrund parasitärer Effekte in Halbleiter-Bauelementen der Steuereinheit besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bordnetz für ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem ein solcher Ladungsabfluss verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bordnetz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Hiernach ist bei einem Bordnetz für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, das

- eine erste Energiespeichereinheit mit einem ersten Spannungsniveau,

- eine zweite Energiespeichereinheit mit einem zweiten Spannungsniveau,

- eine Steuereinheit, die den Stromfluss zwischen der ersten Energiespeichereinheit und der zweiten Energiespeichereinheit in beiden Richtungen steuert, falls das zweite Spannungsniveau unter dem ersten Spannungsniveau liegt,

- eine Verpolschutzdiode, die die erste Energiespeichereinheit zur Betriebsspannungsversorgung mit der Steuereinheit verbindet, und

- ein Schaltelement zur Überbrückung der Verpolschutzdiode bei richtiger Polung der ersten Energiespeichereinheit um- fasst,

erfindungsgemäß vorgesehen, dass - mittels einer Vergleichsschaltung, insbesondere eines Kom- parators das erste Spannungsniveau mit dem zweiten Spannungsniveau verglichen wird, und

- mittels Steuermittel, vorzugsweise des Komparators bei Absinken des ersten Spannungsniveaus auf einen unter dem zweiten Spannungsniveau liegenden Spannungsschwellwert der steuerbare Schalter in seinen geöffneten Zustand gesteuert wird .

Damit wird in einfacher und überraschender Weise der Verpol- schutz für die Steuereinheit auch zur Verhinderung eines unerwünschten Ladungsaustausches zwischen den beiden Energiespeichereinheiten erzielt. Insbesondere sind keine zusätzlichen Leistungsbauelemente erforderlich. Ferner ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mittels des vorgeschlagenen Komparators eine leichte Einstellmöglichkeit des Spannungsschwellwertes möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug, und

Figur 2 ein detailliertes Blockschaltbild des Bordnetzes gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Bordnetz, bestehend aus einer ersten Energiespeichereinheit Esysl mit einer Nominalspannung V _S YS I, hier eine 12V-Batterie und einer zweiten Energiespeichereinheit Esys2 mit einer Nominalspannung V _S Y _S 2 , die ebenfalls eine Batterie, ein Doppelschichtkondensator oder ein anderes Speichermedium sein kann.

Die Nominalspannung V _{SYS I} der ersten Energiespeichereinheit Esysl, also deren Systemspannung ist größer als die Nominalspannung _SYS 2 bzw. Systemspannung der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 : V _SY si > V _{SYS 2} .

Eine Steuereinheit CU verbindet die beiden nicht potentialgetrennten Energiespeichereinheiten Esysl und Esys2 und steuert den Energieaustausch im Sinne eines Energiemanagements zwischen diesen beiden Energiespeichereinheiten Esysl und Esys2, d. h. im Nominalzustand der beiden Systemspannungen ist sowohl ein Energieaustausch von der ersten Energiespeichereinheit Esysl in Richtung der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 als auch umgekehrt, von der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 in Richtung der ersten Energiespeichereinheit Esysl möglich.

Gemäß der detaillierten Darstellung nach Figur 2 sind an die erste Energiespeichereinheit Esysl elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeug angeschlossen, dargestellt als Systemlast Load, die von einem Laststrom I _LD versorgt werden. Der von der Steuereinheit CU gemanagte Energieaustausch zwischen den beiden Energiespeichereinheiten Esysl und Esys2 erfolgt mittels der Systemströme I _SYS I und I _SYS 2 - Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Energiespeichersysteme Esysl und Esys2 nicht potentialgetrennt.

Die erste Energiespeichereinheit Esysl liefert auch die Betriebsspannungsversorgung für die Steuereinheit CU, der zuge- hörige Laststrom ist mit Icu bezeichnet, wobei zwischen der ersten Energiespeichereinheit Esysl und der Steuereinheit CU eine Verpolschutzschaltung RPP (Reverse Polarity Protection) geschaltet ist, die bspw. aus einer Verpolschutzdiode D _RPP besteht und von einem steuerbaren Schalter Switch, bspw. einem Transistor oder einem mechanischen Schalter, wie einem Relais kurzgeschlossen werden kann.

Dieser Schalter Switch wird von einer Vergleichsschaltung, hier ein Komparator K angesteuert. Hierzu wird die Spannung S _YSI der ersten Energiespeichereinheit Esysl dem nicht invertierenden Eingang des Komparators K und die Spannung Esys2 der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 dem invertierenden Eingang des Komparators K zugeführt.

Befinden sich die beiden Systemspannungen V _SYS i und V _SY32 auf ihrem Nominalwert, d.h. gilt V _SYSI > V _SYS2 , SO wird der Schalter Switch durch entsprechende Steuerung des Komparators K geschlossen, d.h. der Transistor in seinen leitenden Zustand gesteuert. So dass die Verpolschutzdiode D _RPP überbrückt wird.

Falls die Spannung V _SYSI der ersten Energiespeichereinheit Esysl also bspw. eine 12V-Batterie aufgrund einer starken Entladung auf einen Spannungsschwellwert V _sch absinkt, der unter dem Spannungswert der Spannung V _3Y32 der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 liegt, also wenn ν _3γ3 χ ^ V _sch < V _3YS2 gilt, wird der Schalter Switch von dem Komparator K in seinen geöffneten Zustand gesteuert, so dass aufgrund der Verpolschutzdiode D _RPP ein Ladungsabfluss aus der zweiten Energiespeichereinheit Esys2 in Richtung der ersten Energiespeichereinheit Esysl verhindert wird. Ein solcher Ladungsabfluss könnte aufgrund von parasitären Halbleiterelementen in der Steuereinheit CU entstehen, die in Figur 2 stellvertretend durch eine Diode D _MD i dargestellt sind. Ein solches parasitäres Halbleiterbauelement kann bspw. auch in einem von der Steuereinheit CU angesteuerten DC/DC- Wandler MD1 entstehen, bspw. als Bulk- oder Body-Diode eines High-Side-Transistors .

Der Spannungsschwellwert V _sch ist über die Steuereinheit CU einstellbar .

Falls die erste Energiespeichereinheit Esysl mit falscher Polung an die Steuereinheit CU angeschlossen wird, ergibt sich für die Spannung V _SY si der Energiespeichereinheit Esysl:

V _SYSI < 0. Auch in diesem Zustand würde der Komparator K den Schalter Switch öffnen, d.h. den Transistor in seinen gesperrten Zustand steuern, so dass die Verpolschutzdiode D _RPP wirksam wird.

Der Komparator K kann mit einem zeitverzögerten Ansprechen ausgebildet werden, indem er bspw. mit einem Zeitglied verbunden wird. So erfolgt sowohl das Schließen des Schalters Switch als auch dessen Öffnen durch den Komparator K zeitverzögert .

Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel zeigt ein erfindungsgemäßes Bordnetz ohne Potentialtrennung zwischen den beiden Energiespeichersystemen Esysl und Esys2. Die Erfindung ist darauf natürlich nicht beschränkt, sondern kann ebenso für potentialgetrennte Systeme eingesetzt werden.