Bordnetz für ein Fahrzeug sowie Steuervorrichtung zur

Spannungsstabilisierung für ein Bordnetz

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug und eine Steuervorrichtung zur Spannungsstabilisierung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insb. ein Kraftfahrzeug mit einem oben genannten Bordnetz oder einer oben genannten Steuervorrichtung.

Bordnetze heutiger Kraftfahrzeuge umfassen einen als

Drehstrommaschine mit einer nachgeschalteten

Gleichrichterschaltung ausgebildeten Generator als

Energiewandler, einen ersten Energiespeicher, bspw. Batterie sowie zumindest einen über das Bordnetz zu versorgenden elektrischen Energieverbraucher bzw. Stromverbraucher als Systemlast, wobei der Generator, der erste Energiespeicher und die Systemlast ein erstes Energiesystem ausbilden.

Darüber hinaus sind auch Bordnetze mit einem zweiten

Energiespeicher als ein weiteres also ein zweites Energiesystem bekannt, wobei dieser zweite Energiespeicher in der Regel aus einem oder mehreren Kondensatoren insb.

Doppelschichtkondensatoren ausgebildet ist und als zusätzlicher Stromlieferant im Bordnetz dient, bspw. in den Fällen wie beim Motorstart, wenn die erste Energiequelle, sprich der Generator und der erste Energiespeicher den Strombedarf der Systemlast allein nicht bewältigen können.

In der Regel weisen die ersten und zweiten Energiesysteme unterschiedliche Betriebsspannungen als Systemspannungen auf. Je nach Ausgestaltungen können das erste und zweite Energiesystem voneinander bzw. von der Systemlast potentialgetrennt aber auch nicht potentialgetrennt ausgeführt sein. In Betriebszuständen, in denen der Strombedarf durch wenige geschlossenen Stromverbraucher nicht das von dem Generator und/oder Energiespeicher bereitgestellte Stromangebot

übersteigt und weitgehend stabil bleibt, wird die Systemlast von dem Generator und dem ersten Energiespeicher mit dem elektrischen Strom versorgt.

In einem Bordnetz ist es sehr wichtig, einen weitgehend sicheren Systemzustand (auf Englisch: Safe-State) des Bordnetzes zu erhalten. Ein sicherer Systemzustand bedeutet, dass im Bordnetz eine zu einem einwandfreien Betrieb der Systemlast minimal erforderliche Betriebsbedingung herrscht.

In den Fällen, in denen der Strombedarf im Bordnetz durch zusätzlich an das Bordnetz angeschlossene bzw. zuschaltete leistungsstarke Stromverbraucher wie Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors, welche viel Strom verbrauchen, in kurzer Zeit sprungartig über die Belastungsgrenze des ersten

Energieversorgungssystems, sprich des Generators und des ersten Energiespeichers, hinaus ansteigt, besteht die Gefahr, dass die Bordnetzspannung unkontrolliert abstürzt.

Eine erste Anforderung bei der Einhaltung eines sicheren Systemzustandes im Bordnetz ist es somit, beim Zuschalten eines oder mehrerer leistungsstarken Stromverbrauchers die

Bordnetzspannung weiterhin auf eine für eine einwandfreie Funktion aller Stromverbraucher also der Systemlast minimal erforderliche Betriebsspannung zu halten. Die Schalter, welche die Energiespeicher mit der Systemlast elektrisch verbinden, können unkontrolliert geöffnet oder unerwartet hochimpedant werden, als Folge bricht die

Stromversorgung von der Systemlast durch die Energiespeicher. Bricht bspw. die Stromversorgung der Systemlast durch den ersten Energiespeicher weg, so übersteigt der Strombedarf das zur Verfügung stehende Stromangebot und fällt demzufolge die Bordnetzspannung unter die minimal erforderliche Betriebsspannung ab. Folglich kann der sichere Systemzustand nicht mehr aufrecht erhalten werden.

Deshalb ist es eine weitere Anforderung bei der Einhaltung eines sicheren Systemzustandes im Bordnetz, beim Eintreten eines Systemfehlers im Bordnetz die Bordnetzspannung weiterhin auf eine für eine einwandfreie Funktion aller Stromverbraucher also der Systemlast minimal erforderliche Betriebsspannung zu halten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, das eingangs genannte Bordnetz bzw. die eingangs genannte

Steuervorrichtung so zu modifizieren, dass das Bordnetz beim Zuschalten von zusätzlichen Stromverbrauchern oder beim

Eintreten eines oben genannten Systemfehlers weiterhin in einem sicheren Systemzustand aufrecht erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der

Unteransprüche .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz geschaffen, welches einen ersten und einen zweiten Strompfad umfasst . Der erste Strompfad umfasst die Systemlast, also zumindest einen Stromverbraucher bzw. Energieverbraucher, einen ersten

Energiespeicher zum Bereitstellen elektrischen Stromes also elektrischer Energie für die Systemlast, und einen ersten steuerbaren Schalter. In einem geschlossenen Zustand verbindet der erste Schalter die Systemlast mit dem ersten Energiespeicher elektrisch und in einem geöffneten Zustand trennt dieser die elektrische Verbindung vom ersten Energiespeicher zur

Systemlast. Damit dient der erste Schalter dazu, im geschlossenen Zustand einen Stromfluss im ersten Strompfad herzustellen bzw. im geöffneten Zustand diesen Stromfluss zu unterbinden.

Der zweite Strompfad umfasst die oben genannte Systemlast, den oben genannten ersten und einen zweiten Energiespeicher sowie einen zweiten steuerbaren Schalter. In einem geschlossenen Zustand verbindet der zweite Schalter den zweiten

Energiespeicher mit der Systemlast und dem ersten

Energiespeicher elektrisch und in einem geöffneten Zustand trennt dieser den zweiten Energiespeicher von der Systemlast und vom zweiten Energiespeicher elektrisch. Damit dient der zweite Schalter dazu, im geschlossenen Zustand einen Stromfluss im zweiten Strompfad herzustellen bzw. im geöffneten Zustand diesen Stromfluss zu unterbinden.

Das Bordnetz umfasst ferner eine Steuervorrichtung, welche ihrerseits eine Überwachungseinheit zum Überwachen des

Systemzustands des Bordnetzes, insb. des Schaltzustands und der Funktionalität des ersten Schalters, und eine erste

Steuereinheit, welche mit einem ersten Steuersignal den zweiten Schalter steuert, aufweist.

Die Überwachungseinheit, welche aufgrund derer Funktion zum Vergleichen zweier Werte auch als Vergleichseinheit bezeichnet werden kann, erfasst einen ersten auf den Bordnetzstrom bezogenen Bordnetzparameter, insb. eine Bordnetzspannung, und vergleicht den aktuell erfassten ersten Bordnetzparameterwert mit einem ersten vorgegebenen Schwellwert. Erkennt die

Überwachungseinheit basierend auf das Vergleichsergebnis der beiden Werte, dass der sichere Systemzustand nicht gehalten werden kann und somit das Bordnetz abzustürzen droht, so gibt diese ein Signal mit einem entsprechenden Signalpegel an die erste Steuereinheit aus. Abhängig von dem Signal der Überwachungseinheit, somit abhängig vom aktuell erfassten ersten Bordnetzparameterwert im Vergleich mit dem ersten Schwellwert, setzt die erste Steuereinheit das erste Steuersignal auf einen vorab definierten Signalpegel und schließt so den zweiten Schalter und hält diesen im geschlossenen Schaltzustand . Durch Schließen des zweiten Schalters wird der zweite Strompfad vom ersten Energiespeicher über den zweiten Energiespeicher zur Systemlast hergestellt. So ist ein Bordnetz geschaffen, welches beim Zuschalten von zusätzlichen leistungsstarken Stromverbrauchern oder beim Eintreten eines Systemfehlers weiterhin in einem sicheren Systemzustand aufrecht erhalten werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfasst die Überwachungseinheit einen zweiten Bordnetzparameter, insb. einen Bordnetzstrom, und vergleicht den aktuell erfassten zweien Bordnetzparameterwert mit einem vorgegebenen zweiten

Schwellwert. Die erste Steuereinheit schließt dann den zweiten Schalter bzw. hält den zweiten Schalter in einem geschlossenen Schaltzustand in Abhängigkeit von dem aktuell erfassten zweiten Bordnetzparameterwert im Vergleich mit dem zweiten Schwellwert.

Also die erste Steuereinheit schließt den zweiten Schalter bzw. hält den zweiten Schalter in einem geschlossenen Schaltzustand dann, wenn sowohl das Vergleichsergebnis des ersten

Bordnetzparameterwertes mit dem ersten Schwellwert also auch das Vergleichsergebnis des zweiten Bordnetzparameterwertes mit dem zweiten Schwellwert auf einen drohenden Bordnetzabsturz aufgrund der hinzugeschalteten Stromverbraucher oder eines Systemfehlers hindeutet .

Dies hat den Vorteil, dass die unbedenklichen Systemzustände, in denen nur ein Bordnetzparameter vorübergehend schwankt, einfachweise von den Systemzuständen mit einem drohenden Bordnetzabsturz unterschieden werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steuert die erste Steuereinheit den ersten und zweiten Schalter mit einem und demselben ersten Steuersignal. Dabei betätigt die erste Steuereinheit mit demselben ersten Steuersignal den ersten und den zweiten Schalter zeitgleich und zueinander gegensinnig. Ein „gegensinniges" Betätigen bedeutet in dieser Erfindung, dass der eine Schalter geschlossen bzw. in einem geschlossenen Zustand gehalten wird während der andere zeitgleich geöffnet bzw. in einem geöffneten Zustand gehalten wird. Zur gegensinnigen Steuerung der beiden Schalter weist die Steuervorrichtung in der Signalleitung zwischen der ersten Steuereinheit und einem der beiden Schalter einen Inverter auf, welcher das erste Steuersignal von der ersten Steuereinheit stets invertiert an den einen Schalter weiterleitet.

Dadurch können die beiden Schalter mit nur einem Steuersignal synchron und gegensinnig angesteuert werden und weitere

Steuereinheiten können so gespart werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die

Steuervorrichtung eine zweite Steuereinheit, wobei die zweite Steuereinheit bei Vorliegen eines weiteren Signals von der Überwachungseinheit, welches auf einen Systemfehler im Bordnetz hindeutet, den zweiten Schalter unabhängig von dem ersten

Steuersignal der ersten Steuereinheit steuert. Dieses weitere Signal erzeugt die Überwachungseinheit abhängig vom

Vergleichsergebnis des ersten Bordnetzparameters mit dem ersten Schwellwert und/oder vom Vergleichsergebnis des zweiten

Bordnetzparameters dem zweiten Schwellwert.

Dadurch kann der zweite Schalter beim Auftreten eines

Systemfehlers im Bordnetz unabhängig von der ersten

Steuereinheit sicher geschlossen bzw. im geschlossenen

Schaltzustand gehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass die wenig bedenklichen Systemzustände, in denen die Bordnetzspannung durch Zuschalten eines leistungsstarken Stromverbrauchers vorübergehend schwankt, einfachweise von den fehlerhaften Systemzuständen unterschieden werden können, in denen der Stromfluss vom ersten Energiespeicher zu der Systemlast mit dem ersten Schalter nicht mehr hergestellt werden kann.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuervorrichtung eine dritte Steuereinheit auf, wobei diese dritte Steuereinheit zwischen dem zweiten Schalter und den beiden ersten und zweiten Steuereinheiten zwischengeschaltet ist und abhängig von den Signalpegeln der ersten und der zweiten Steuersignale entweder das erste oder das zweite Steuersignal an den zweiten Schalter weiterleitet. Vorteilhafterweise ist die dritte Steuereinheit als ein steuerbares Oder-Gatter

ausgebildet . Dies hat den Vorteil, dass der zweite Schalter sowohl im fehlerfreien, als auch im fehlhaften Systemzustand von einer der beiden ersten und zweiten Steuereinheit gesteuert werden kann, ohne dabei der Übergang von einem fehlerfreien zu einem fehlerhaften Systemzustand oder umgekehrt durch Änderungen bei den Komponenten der Steuervorrichtung angepasst werden muss.

In einer alternativen Ausgestaltung können die

Überwachungseinheit und die zweite Steuereinheit in einem Modul ausgeführt sein, wobei die Überwachungseinheit das zweite Steuersignal direkt an die dritte Steuereinheit ausgibt. Dadurch wird die zweite Steuereinheit gespart.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine

Steuervorrichtung für ein Bordnetz geschaffen.

Die Steuervorrichtung weist vier elektrische Anschlüsse auf, mit denen die Steuervorrichtung nach dem Einbau in einem Bordnetz mit dem Bordnetz bzw. mit den Strompfaden im Bordnetz elektrisch verbunden wird. Ferner weist die Steuervorrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss einen ersten steuerbaren

Schalter und zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss einen zweiten steuerbaren Schalter. In einem geschlossenen

Schaltzustand verbindet der erste Schalter den ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss elektrisch bzw. in einem geöffneten Schaltzustand trennt dieser die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss. Analog verbindet der zweite Schalter in einem geschlossenen Schaltzustand den ersten Anschluss mit dem dritten Anschluss elektrisch bzw. in einem geöffneten Schaltzustand trennt dieser die elektrische

Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss. Die Steuervorrichtung weist zudem eine Überwachungseinheit zum Überwachen des Systemzustands des Bordnetzes, insb. des

Schaltzustands und/oder der Funktionalität des ersten Schalters, sowie eine erste Steuereinheit zum Bereitstellen eines

Steuersignals auf, mit dem der zweite Schalter gesteuert wird.

Die Überwachungseinheit erfasst über den vierten Anschluss einen ersten strombezogenen Bordnetzparameter, insb. eine

Bordnetzspannung als Potentialdifferenz zwischen einem

Spannungspotential am vierten Anschluss und dem Massepotential, und vergleicht den aktuell erfassten ersten

Bordnetzparameterwert mit einem ersten vorgegebenen

Schwellwert. Abhängig von dem Vergleichsergebnis gibt die Überwachungseinheit ein Signal an die erste Steuereinheit aus. Die erste Steuereinheit steuert dann abhängig vom Signal von der Überwachungseinheit bzw. abhängig vom aktuell erfassten ersten Bordnetzparameterwert im Vergleich mit dem ersten Schwellwert den zweiten Schalter.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfasst die

Überwachungseinheit einen zweiten strombezogenen

Bordnetzparameter, in dem diese einen Strompegel eines zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlüssen fließenden Stromes misst, und vergleicht den aktuell erfassten, zweiten

Bordnetzparameterwert mit einem zweiten vorgegebenen

Schwellwert. Abhängig von dem Vergleichsergebnis des ersten Bordnetzparameterwertes mit dem ersten Schwellwert und dem Vergleichsergebnis des zweiten Bordnetzparameterwertes mit dem zweiten Schwellwert gibt die Überwachungseinheit dann das Signal an die erste Steuereinheit aus. Die erste Steuereinheit steuert in diesem Fall abhängig von den beiden Vergleichsergebnissen den zweiten Schalter.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steuert die erste Steuereinheit den ersten und zweiten Schalter mit einem und demselben ersten Steuersignal zeitgleich und gegensinnig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuervorrichtung in der Signalleitung zwischen der ersten Steuereinheit und einem der beiden Schalter einen Inverter auf, wobei der Inverter das erste Steuersignal von der ersten Steuereinheit stets invertiert an den einen Schalter

weiterleitet .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuervorrichtung eine zweite Steuereinheit, wobei die zweite Steuereinheit bei Vorliegen eines weiteren Signals von der Überwachungseinheit, welches auf einen Systemfehler im Bordnetz hindeutet, den zweiten Schalter unabhängig von dem ersten Steuersignal der ersten Steuereinheit steuert. Dieses weitere Signal erzeugt die Überwachungseinheit ebenfalls in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis des ersten Bordnetzparameters mit dem ersten Schwellwert und/oder vom Vergleichsergebnis des zweiten Bordnetzparameters dem zweiten Schwellwert. Deuten die beiden Vergleichsergebnisse auf einen Systemfehler im Bordnetz hin, so gibt die zweite Steuereinheit ein zweites Steuersignal aus bzw. setzt dieses zweite Steuersignal auf einen bestimmten

Signalpegel und schließt so den zweiten Schalter unabhängig vom Schaltzustand des ersten Schalters bzw. hält diesen zweiten Schalter in einem geschlossenen Schaltzustand .

Hierzu weist die Steuervorrichtung vorteilhafterweise eine dritte Steuereinheit auf, wobei diese dritte Steuereinheit zwischen dem zweiten Schalter und den beiden ersten und zweiten Steuereinheiten zwischengeschaltet ist und abhängig von den Vergleichsergebnissen der Überwachungseinheit entweder das erste oder das zweite Steuersignal an den zweiten Schalter weiterleitet. Vorteilhafterweise ist die dritte Steuereinheit als ein steuerbares Oder-Gatter ausgebildet. So ist eine Steuervorrichtung zum Steuern von Stromfluss im Bordnetz geschaffen, welche auch Systemfehler im Bordnetz zuverlässig erkennen kann und zudem nur mit wenigen Bauelementen auch einfach und günstig herstellbar ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug, insb. ein Kraftfahrzeug, mit einem oben beschriebenen Bordnetz oder einer oben beschriebenen Steuervorrichtung geschaffen . Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben dargestellten Bordnetzes sind, soweit im Übrigen auf die oben beschriebene

Steuervorrichtung bzw. auf das oben genannte Fahrzeug

übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der

Steuervorrichtung bzw. des Fahrzeugs anzusehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines

Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert. Als Ausführungsbeispiel dient ein Bordnetz eines

Fahrzeugs. In den Figuren sind lediglich die Komponenten eines Bordnetzes darstellt, welche zur Beschreibung der Erfindung unerlässlich sind. Je nach Ausführung kann das Bordnetz weitere Komponenten aufweisen, welche hier aber zur vereinfachten Beschreibung der Erfindung nicht näher dargestellt werden.

Es zeigen:

Figur 1 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Bordnetz eines Fahrzeugs in einem Blockschaltbild;

Figur 2 in einer detailierten schematischen Darstellung das Bordnetz gemäß Figur 1 in einem Blockschaltbild. Das Fahrzeug FZ gemäß Figur 1 umfasst ein Bordnetz BN mit einem ersten und einem zweiten Energiesystem Esysl und Esys2, sowie einer Steuervorrichtung ST zum Steuern von Stromfluss in den j eweiligen Energiesystemen Esysl , Esys2 bzw. zwischen den beiden Energiesystemen Esysl, Esys2.

Die beiden Energiesysteme Esysl, Esys2 sind voneinander nicht potentialgetrennt und weisen unterschiedliche Systemspannungen Vsysl, Vsys2 auf, wobei vorzugsweise die Systemspannung Vsysl des ersten Energiesystems Esysl größer als die Systemspannung Vsys2 des zweiten Energiesystems Esys2 ist.

Es sei nun auf Figur 2 verwiesen, in der das Bordnetz von Figur 1 ausführlicher dargestellt ist. Wie in Figur 2 zu sehen ist, umfasst das erste Energiesystem Esysl einen Generator G als erste Energie- bzw. Stromquelle und einen ersten Energiespeicher ESI, bspw. eine Batterie als zweite Energie- bzw. Stromquelle. Ferner umfasst das erste Energiesystem Esysl eine Gruppe von Energie- bzw. Stromverbrauchern, welche zusammengefasst als Systemlast L bezeichnet werden.

Der als Drehstrommaschine mit nachgeschalteter

Gleichrichterschaltung ausgebildete Generator G lädt die

Batterie ESI mit Strom auf. In einem nominalen Betriebszustand im Bordnetz BN, in dem der Strombedarf bei der Systemlast L stabil und unter dem vom Generator G bereitgestellten Stromangebot bleibt, wird die Systemlast L allein von dem Generator G mit Strom versorgt.

Der erste Energiespeicher ESI hat die Aufgabe,

Spannungsschwankungen im Bordnetz BN, welche durch Veränderung des Strombedarfs durch Hinzuschalten von weiteren

Stromverbrauchern im Bordnetz BN hervorgerufen werden, zu kompensieren .

Das zweite Energiesystem Esys2 umfasst einen zweiten bspw. als Doppelschichtkondensator ausgeführten Energiespeicher ES2.

Als dritte Energie- bzw. Stromquelle dient der zweite

Energiespeicher ES2 dazu, in den Fällen, in denen der Strombedarf durch die dem Bordnetz zugeschalteten leistungsstarken

Stromverbraucher über die Belastungsgrenze des Generators G und des ersten Energiespeichers ESI hinaus ansteigt, dem Bordnetz mit Strom zu versorgen.

Die Steuervorrichtung ST weist vier elektrische Anschlüsse Kl, K2, K3, K4 auf, welche zur Herstellung von elektrischen

Verbindungen von der Steuervorrichtung ST zum Bordnetz BN, bzw. zu den beiden Energiesystemen Esysl, Esys2, dienen. Über den ersten elektrischen Anschluss Kl ist die Steuervorrichtung ST mit dem Minuspol des ersten

Energiespeichers ESI elektrisch verbunden. Über den zweiten elektrischen Anschluss K2 ist die

Steuervorrichtung ST mit dem Minuspol des zweiten

Energiespeichers ES2, mit dem Minuspol des in den Figuren nicht näher dargestellten Gleichrichters des Generators G mit der Systemlast L sowie mit elektrischer Masse elektrisch verbunden.

Über den dritten elektrischen Anschluss K3 ist die

Steuervorrichtung ST mit dem Pluspol des zweiten

Energiespeichers ES2 elektrisch verbunden. Über den vierten elektrischen Anschluss ist die

Steuervorrichtung ST mit dem Pluspol des ersten

Energiespeichers, dem Pluspol des Gleichrichters des Generators G sowie mit der Systemlast L elektrisch verbunden. Zwischen dem vierten Anschluss K4 und elektrischer Masse liegt die

Bordnetzspannung V_BN an.

Die Steuervorrichtung ST umfasst ferner einen ersten steuerbaren Schalter SW1 und einen zweiten steuerbaren Schalter SW2 sowie eine erste Steuereinheit SEI, eine zweite Steuereinheit SE2 und eine dritte Steuereinheit SE3 zum Steuern des ersten und des zweiten Schalters SW1 und SW2.

Die beiden Schalter SW1 und SW2 sindbspw. als Halbleiterschalter oder elektromechanische Schalter mit jeweils einem

Steueranschluss und selbstsperrend, also beim Anliegen eines Steuersignals am Steueranschluss mit einem Signalpegel von logisch EINS leitend und beim Wegfall des Steuersignals oder beim Anliegen eines Steuersignals mit einem Signalpegel von logisch NULL sperrend, ausgeführt.

Der erste Schalter SW1 ist zwischen dem ersten Anschluss Kl und dem zweiten Anschluss K2 angeordnet und verbindet in einem geschlossenen Schaltzustand den ersten und den zweiten Anschluss Kl und K2 elektrisch miteinander. Somit verbindet der erste Schalter SW1 in einem geschlossenen Schaltzustand den ersten Energiespeicher ESI mit der Systemlast L elektrisch und stellt so einen ersten geschlossenen Strompfad vom ersten

Energiespeicher ESI zur Systemlast L her.

Der zweite Schalter SW2 ist zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss Kl, K3 angeordnet und verbindet in einem geschlossenen Schaltzustand den ersten und den dritten Anschluss Kl und K3 miteinander. Damit verbindet der zweite Schalter SW2 in einem geschlossenen Schaltzustand und bei gleichzeitig geöffnetem erstem Schalter SW1 den zweiten Energiespeicher ES2 mit dem ersten Energiespeicher ESI sowie mit der Systemlast L elektrisch und stellt so einen zweiten geschlossenen Strompfad vom ersten Energiespeicher ESI zum zweiten Energiespeicher ES2 und zur Systemlast L her.

Die erste und die zweite Steuereinheit SEI und SE2 weisen jeweils einen Signaleingang und einen Signalausgang auf und sind als Gleichspannungswandler ausgeführt.

Die dritte Steuereinheit SE3 ist als ein Oder-Gatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang ausgebildet. Der Signalausgang der ersten Steuereinheit SEI ist mit dem Steueranschluss des ersten Schalters SW1 und dem ersten

Signaleingang der dritten Steuereinheit SE3 elektrisch verbunden, wobei zwischen dem Signalausgang der ersten

Steuereinheit SEI und dem Signaleingang der dritten

Steuereinheit SE3 ein Inverter IN zwischengeschaltet ist, der das Ausgangssignal der ersten Steuereinheit SEI stets invertiert an die dritte Steuereinheit SE3 weiterleitet.

Der Signalausgang der zweiten Steuereinheit SE2 ist unmittelbar mit dem zweiten Signaleingang der dritten Steuereinheit SE3 elektrisch verbunden. Der Signalausgang der dritten Steuereinheit SE3 ist unmittelbar mit dem Steueranschluss des zweiten Schalters SW2 elektrisch verbunden . Die beiden Schalter SW1 und SW2 werden von der ersten

Steuereinheit SEI mit einem und demselben ersten Steuersignal SSI zeitgleich angesteuert, wobei das erste Steuersignal SSI von dem Inverter IN stets invertiert und über die dritte Steuereinheit SE3 an den zweiten Schalter SW2 weitergleitet wird.

So werden der erste und der zweite Schalter SW1 und SW2 von der ersten Steuereinheit SEI stets zeitgleich aber gegensinnig angesteuert. Damit wird einer der beiden Schalter SW1 oder SW2 immer geschlossen bzw. geschlossen gehalten, während der andere Schalter SW2 oder SW1 geöffnet wird bzw. geöffnet bleibt.

Durch zeitgleiches Öffnen des ersten Schalters SW1 und Schließen des zweiten Schalters SW2 mit demselben Steuersignal SSI unterbricht die erste Steuereinheit SEI den ersten Strompfad vom ersten Energiespeicher ESI zur Systemlast L und gleichzeitig stellt sie einen zweiten geschlossen Strompfad vom ersten Energiespeicher ESI über den zweiten Energiespeicher ES2 zur Systemlast L her oder umgekehrt. Neben der ersten Steuereinheit SEI wird der zweite Schalter SW2 auch von der zweiten Steuereinheit SE2 mit einem zweiten Steuersignal SS2 gesteuert, wobei dieses zweite Steuersignal SS2 wie das erste Steuersignal SSI der ersten Steuereinheit SEI von der dritten Steuereinheit SE3 abhängig vom dessen Signalpegel an den Steueranschluss des zweiten Schalters SW2 weitergeleitet wird .

Also liegt an einem der beiden Eingänge der dritten Steuereinheit SE3 ein positives Steuersignal, bzw. mit einem Signalpegel von logisch EINS, so leitet die dritte Steuereinheit SE3 das positive Steuersignal an den zweiten Schalter SW2 weiter. Liegen an beiden Eingängen nur negative Signale mit einem Signalpegel von logisch NULL oder nur positive Steuersignale, so wird eins der beiden Steuersignale an den zweiten Schalter SW2 weitergeleitet, wobei es unwesentlich ist, welches der beiden Signale genau weitergleitet wird, da die beiden Signale den gleichen Signalpegel (logisch EINS) aufweisen und daher bei dem zweiten Schalter SW2 gleich wirken.

Die Steuervorrichtung ST umfasst ferner eine Überwachungseinheit ÜE zum Überwachen des Systemzustands des ersten Strompfades des Bordnetzes, insb. des Schaltzustands bzw. der Funktionalität des ersten Schalters SW1 in diesem Strompfad, sowie eine

Nachladeeinheit NL zum Nachladen des zweiten Energiespeichers ES2 mit Strom von dem Generator G und/oder dem ersten

Energiespeicher ESI.

Die Überwachungseinheit ÜE erfasst am vierten Anschluss K4 ein Spannungspotential, welches bezogen auf das Massepotential die Bordnetzspannung V_BN bildet. Im geschlossenen ersten Strompfad ist diese Bordnetzspannung V_BN die Systemspannung Vsysl des ersten Energiesystems Esysl.

Diese Bordnetzspannung V_BN erfasst die Überwachungseinheit ÜE als ersten Bordnetzparameterwert und vergleicht diesen mit einem vorab berechnet in einer in den Figuren nicht näher dargestellten Speichereinheit der Steuervorrichtung ST abgespeicherten Spannungsschwellwert TH1.

Abhängig von dem Vergleichsergebnis gibt die Überwachungseinheit ÜE ein Ausgangssignal AS2 mit einem dem Vergleichsergebnis entsprechenden Signalpegel an die zweite Steuereinheit SE2 aus.

Ist die aktuell erfasste Bordnetzspannung bzw. der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN höher oder gleich der erste Schwellwert TH1, so gibt die Überwachungseinheit ÜE ein

Ausgangssignal AS2 mit einem Signalpegel von 0V, also ein Signal mit logisch NULL, aus. Sobald aber der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN den ersten Schwellwert TH1 unterschreitet, gibt die

Überwachungseinheit ÜE ein Ausgangssignal AS2 mit einem

Signalpegel von 5V, also ein Signal mit logisch EINS, aus.

Erhält die zweite Steuereinheit SE2 ein Ausgangssignal AS2 von der Überwachungseinheit ÜE mit einem Signalpegel von logisch NULL, so setzt diese das zweite Steuersignal SS2 auf einen Signalpegel von logisch NULL und gibt dieses Signal SS2 an die dritte Steuereinheit SE3 aus.

Erhält die zweite Steuereinheit SE2 aber ein Ausgangssignal AS2 mit einem Signalpegel logisch EINS, so setzt diese das zweite Steuersignal SS2 auf logisch EINS und gibt dieses Signal SS2 an die dritte Steuereinheit SE3 aus.

In einer weiterführenden Ausführungform erfasst die

Überwachungseinheit ÜE zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss Kl und K2 noch einen Stromwert also Strompegel I_BN, welcher den Pegel des Bordnetzstroms widerspiegelt. Diesen

Strompegel I_BN erfasst die Überwachungseinheit ÜE als zweiten Bordnetzparameterwert und vergleicht diesen mit einem ebenfalls vorab berechnet in der Speichereinheit der Steuervorrichtung ST abgespeicherten Stromschwellwert TH2.

Abhängig von den beiden Vergleichsergebnissen gibt die

Überwachungseinheit ÜE die beiden Ausgangssignale AS1, AS2 mit jeweils einem den Vergleichsergebnissen entsprechenden

Signalpegel an die erste und die zweite Steuereinheit SEI und SE2 aus.

Ist der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN höher oder gleich dem Spannungsschwellwert TH1, und zugleich ist der aktuell erfasste Strompegel I_BN kleiner oder gleich dem

Stromschwellwert TH2, so setzt die Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal AS1 auf einen Signalpegel von 5V bzw. logisch EINS und das zweite Ausgangssignal AS2 auf einen Signalpegel von OV bzw. logisch NULL und gibt diese beiden Signale ASl, AS2 an die erste und die zweite Steuereinheit SEI, SE2 aus.

Unterschreitet der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN den ersten Schwellwert TH1, und zugleich überschreitet der aktuell erfasste Strompegel I_BN den Stromschwellwert TH2, so setzt die Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal ASl auf einen Signalpegel von OV, also logisch NULL. Unterschreitet der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN den ersten Schwellwert TH1, bleibt der aktuell erfasste

Strompegel I_BN aber weiterhin kleiner oder gleich dem

Stromschwellwert TH2, so setzt die Überwachungseinheit ÜE das zweite Ausgangssignal AS2 auf einen Signalpegel von IV, also logisch EINS.

Erhält die erste Steuereinheit SEI von der Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal ASl mit einem Signalpegel von logisch EINS, so setzt diese das erste Steuersignal SSI auf einen Signalpegel von logisch EINS und schließt so den ersten Schalter SW1 bzw. hält den ersten Schalter SW1 in einem geschlossenen Schaltzustand . Von dem zwischengeschalteten Inverter IN invertiert wird dieses erste Steuersignal SSI von der dritten Steuereinheit SE3 mit einem Signalpegel von logisch NULL erhalten.

Erhält die erste Steuereinheit SEI von der Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal ASl mit einem Signalpegel von logisch NULL, so setzt diese das erste Steuersignal SSI auf einen Signalpegel von logisch NULL und öffnet so den ersten Schalter SW1 bzw. hält den ersten Schalter SW1 in einem geöffneten Schaltzustand . Dieses Signal SSI wird nun vom Inverter IN invertiert mit einem Signalpegel von logisch EINS von der dritten Steuereinheit SE3 erhalten.

Erhält die zweite Steuereinheit SE2 von der Überwachungseinheit ÜE das zweite Ausgangssignal AS2 mit einem Signalpegel von logisch NULL, so setzt diese das zweite Steuersignal SS2 auf einen Signalpegel von logisch NULL und gibt dieses Signals SS2 an die dritte Steuereinheit SE3 aus.

Erhält die zweite Steuereinheit SE2 aber ein Ausgangssignal AS2 mit einem Signalpegel logisch EINS, so setzt diese das zweite Steuersignal SS2 auf logisch EINS und gibt dieses Signals SS2 an die dritte Steuereinheit SE3 aus.

Erhält die dritte Steuereinheit SE3 an beiden Signaleingängen die beiden Steuersignale SSI und SS2 mit logisch NULL, so leitet diese eins der beiden Steuersignale SSI und SS2 an den zweiten Schalter SW2 weiter. Folglich wird der zweite Schalter SW2 geöffnet bzw. in einem geöffneten Schaltzustand gehalten. Erhält die die dritte Steuereinheit SE3 an einem der beiden

Signaleingänge ein Steuersignal SSI oder SS2 mit logisch EINS, so leitet diese dieses Steuersignal SSI oder SS2 an den zweiten Schalter SW2 weiter. Folglich wird der zweite Schalter SW2 geschlossen bzw. in einem geschlossenen Schaltzustand gehalten.

Erhält die dritte Steuereinheit SE3 an beiden Signaleingängen die beiden Steuersignale SSI und SS2 mit logisch EINS, so leitet diese eins der beiden Steuersignale SSI und SS2 an den zweiten Schalter SW2 weiter. Folglich wird der zweite Schalter SW2 geschlossen bzw. in einem geschlossenen Schaltzustand gehalten. In diesem Fall, ist unerheblich, welches der beiden Steuersignale SSI und SS2 genau an den zweiten Schalter SW2 weitergeleitet wird, da die beiden Steuersignale SSI und SS2 in diesem Fall bezogen auf den zweien Schalter SW2 die gleiche Wirkung haben.

Optional erhält die Überwachungseinheit ÜE Informationen über den Soll-Schaltzustand des ersten Schalters SW1 und/oder des zweiten Schalters SW2 von der ersten Steuereinheit SEI, indem diese das erste Steuersignal SSI der ersten Steuereinheit SEI auch abfragt. Basierend auf diese Informationen überprüft diese im Falle eines Spannungsabfalls bei der Bordnetzspannung V_BN in erster Linie, ob der Sollschaltzustand des ersten Schalters SW1 „geschlossen" ist. Ist dies nicht der Fall, also hat das erste Steuersignal SSI den Signalpegel von logisch NULL, so setzt die Überwachungseinheit ÜE den Signalpegel des ersten

Ausgangssignals AS1 auf logisch EINS und schließt so über die erste Steuereinheit SEI den ersten Schalter SW1.

Nun wird die Funktionsweise der Steuervorrichtung ST näher beschrieben :

In einem Systemausgangszustand, in dem der Strombedarf durch die Systemlast L weitgehend stabil unter dem vom Generator G bereitgestellten Stromangebot bleibt, wird das Bordnetz BN bzw. die Systemlast L allein durch den Generator G mit Strom versorgt. In diesem Ausgangszustand liegen keine Steuersignale (bzw. mit einem Signalpegel von logisch NULL) an den Steueranschlüssen der beiden Schalter SW1, SW2 und somit sind die beiden selbstsperrend ausgeführten Schalter SW1, SW2 geöffnet. In diesem Fall wird die dritte Steuereinheit SE3 von der Überwachungseinheit ÜE ausgeschaltet. Die beiden Ausgangssignale AS1, AS2 haben in diesem Zustand einen Signalpegel von logisch NULL. In diesem Ausgangszustand liegt die am Anschluss K4 erfasste

Bordnetzspannung V_BN über den Spannungsschwellwert THl.

Schwankt jedoch der Strombedarf im Bordnetz BN durch Zuschalten von zusätzlichen Stromverbrauchern, wodurch die Systemlast L vergrößert wird, und kann der Generator G allein den Strombedarf durch die Systemlast L nicht abdecken, so sinkt die

Bordnetzspannung V_BN unter den Spannungsschwellwert THl.

Wird ein derartiger Spannungsabfall bei der Bordnetzspannung V_BN von der Überwachungseinheit ÜE durch Vergleich mit dem Spannungsschwellwert THl erfasst, so fragt diese die erste Steuereinheit SEI ab, ob der Sollschaltzustand des ersten Schalters SW1 „geschlossen" ist. Ist der Signalpegel des ersten Steuersignals SSI logisch NULL und deutet somit auf einen „geöffneten" Sollschaltzustand des ersten Schalters SW1 hin, so setzt die Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal AS1 auf einen Signalpegel von logisch EINS und schaltet die dritte Steuereinheit SE3 durch Ausgabe eines Signals an diese zugleich ein.

Die erste Steuereinheit SEI setzt dann den Signalpegel des ersten Steuersignals SSI auf logisch EINS und schließt so den ersten Schalter SW1. Folglich wird der erste Energiespeicher ESI zur Unterstützung des Generators G an das Bordnetz BN angeschlossen. Durch Schließen des ersten Schalters SW1 wird so der erste geschlossene Strompfad vom ersten Energiespeicher ESI über den ersten Schalter SW1 zur Systemlast L gebildet.

Da dieses erste Steuersignal SSI von dem zwischen geschalteten Inverter IN invertiert über die dritte Steuereinheit SE3 an den zweiten Schalter SW2 weitergeleitet wird, kommt dieses erste Steuersignal SSI beim zweiten Schalter SW2 mit einem Signalpegel von logisch NULL an. Folglich wird der zweite Schalter SW2 geöffnet bzw. in einem geöffneten Schaltzustand gehalten.

Werden ein oder mehrere leistungsstarke Stromverbraucher, wie z. B. ein Anlasser, dem Bordnetz BN zugeschaltet, so steigt der Strombedarf im Bordnetz BN sprungartig über den vom Generator G und vom ersten Energiespeicher ESI zur Verfügung stellbaren Strompegel an. In diesem Fall können der Generator G und der erste Energiespeicher ESI den Strombedarf im Bordnetz BN allein nicht bewältigen und die Bordnetzspannung BN fällt wieder ab. Dieser Anstieg des Strombedarfs bzw. Abfall der Bordnetzspannung wird von der Überwachungseinheit ÜE durch Vergleichen der erfassten Bordnetzspannung V_BN mit dem Spannungsschwellwert THlund durch Vergleichen des Strompegels I_BN mit dem Stromschwellwert TH2 erkannt. Unterschreitet der aktuell erfasste

Bordnetzspannungswert V_BN den ersten Schwellwert TH1 und zugleich überschreitet der aktuell erfasste Strompegel I_BN den Stromschwellwert TH2, und hat das erste Steuersignal SSlden Signalpegel von logisch EINS und deutet somit auf einen „geschlossenen" Sollschaltzustand des ersten Schalters SW1 hin, so setzt die Überwachungseinheit ÜE das erste Ausgangssignal AS1 auf einen Signalpegel von 0V, also ein Signal mit logisch NULL. Erhält die erste Steuereinheit SEI das erste Ausgangssignal AS1 mit einem Signalpegel von logisch NULL, so setzt diese das erste Steuersignal auf logisch NULL. Folglich wird der erste Schalter SW1 geöffnet und der zweite Schalter SW2, der von dem invertierten ersten Steuersignals SSI gesteuert wird, geschossen.

Bricht aufgrund des unkontrolliert geöffneten ersten Schalters SW1 die Stromversorgung der Systemlast L durch den ersten Energiespeicher ESI weg, so übersteigt der Strombedarf das zur Verfügung stehende Stromangebot durch den Generator G und fällt demzufolge die Bordnetzspannung V_BN ab. Da der Strompfad vom ersten Energiespeicher ESI zur Systemlast L durch den

unkontrolliert geöffneten ersten Schalter SW1 unterbrochen wurde, steigt der Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss Kl und K2 nicht an. Folglich unterschreitet der aktuell erfasste Bordnetzspannungswert V_BN den ersten Schwellwert TH1, bleibt der aktuell erfasste Strompegel I_BN aber weiterhin unter dem Stromschwellwert TH2. Anhand dieser beiden

Vergleichsergebnisse erkenn die Überwachungseinheit ÜE

Eintreten eines Systemfehlers und setzt das zweite

Ausgangssignal AS2 auf einen Signalpegel von logisch EINS.

Erhält die zweite Steuereinheit SE2 das zweite Ausgangssignal AS2 mit einem Signalpegel von logisch EINS, so setzt diese das zweite Steuersignal SS2 auf logisch EINS. Dieses zweite Steuersignal SS2 mit dem Signalpegel von logisch EINS wird nun von der dritten Steuereinheit SE3 an den zweiten Schalter SW2 weitergeleitet. Folglich wird der zweite Schalter SW2 unabhängig vom ersten Steuersignal SW1 und somit unabhängig vom Sollschaltzustand des ersten Schalters SW1 geschossen.

Vorzugsweise gibt die Überwachungseinheit ÜE noch eine

Fehlermeldung über diesen erkannten Fehler an einen Bordcomputer des Fahrzeugs FZ aus. Der Bordcomputer informiert seinerseits den Fahrer mittels eines akustischen oder optischen Warnsignals oder das Servicepersonal vom Fahrzeughersteller über Vorliegen eines Systemfehlers, wenn das Servicepersonal im Rahmen einer Fahrzeugwartung die abgespeicherten Fehlermeldungen vom

Bordcomputer abliest.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die zweite Steuereinheit SE2 eingespart bzw. weggelassen werden, wobei in einem derartigen Fall das Ausgangssignal AS2 der Überwachungseinheit ÜE dann direkt an die dritte Steuereinheit SE3 ausgegeben wird.

Bezugs zeichenliste

FZ Fahrzeug

BN Bordnetz

Esysl Erstes Energiesystem

Esys2 Zweites Energiesystem

ST Steuervorrichtung

G Generator

L Systemlast

ESI Erste Energiespeicher, Batterie

ES2 Zweite Energiespeicher,

Doppelschichtkondensator

SEI Erste Steuereinheit

SE2 Zweite Steuereinheit

SE3 Dritte Steuereinheit, Oder-Gatter

NL Nachladeeinheit

SW1 Erster Schalter

SW2 Zweiter Schalter

IN Inverter

551 Erstes Steuersignal der ersten Steuereinheit

SEI

552 Zweites Steuersignal der zweiten

Steuereinheit SE2

553 Ausgangssignal der dritten Steuereinheit SE3 AS1, AS2 Erstes und zweites Ausgangssignal der

Überwachungseinheit ÜE