Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Mehrspannungsbord- netz eines Kraftfahrzeugs Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Energieein- speisung in ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. In Bordnetzen mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern, beispiels- weise in Kraftfahrzeugbordnetzen, besteht das Problem, dass eine 12V-Spannung zur Energieversorgung nicht mehr aus- reicht. Da einige der Verbraucher mit einer höheren Spannung als 12V versorgt werden sollten, sind Mehrspannungsbordnetze bekannt, die zwei unterschiedliche Spannungsebenen aufwei- sen, so eine erste Spannungsebene, die gegenüber Masse auf +12V liegt und eine zweite Spannungsebene auf +36V, wobei diese Spannungen jeweils die Nennspannungen sind. Die Ver- bindung zwischen den beiden Spannungsebenen wird mit Hilfe eines Gleichspannungswandlers hergestellt. Ein solches Mehr- spannungsbordnetz in einem Kraftfahrzeug wird in der DE-A 198 45 569 beschrieben. Die elektrische Energie wird in diesem Bordnetz mit Hilfe eines Drehstromgenerators erzeugt, der vom Fahrzeugmotor angetrieben wird und eine Ausgangs- spannung von 42V (Ladespannung) liefert. Mit dieser Lade- spannung wird eine 36V- (Nennspannung)-Batterie geladen. Über einen Gleichspannungswandler wird eine 12V-Batterie mit ei- ner Ladespannung von 14V versorgt. An die beiden Batterien können über geeignete Schalter die elektrischen Verbraucher zugeschaltet werden, wobei die 12V-Batterie die herkömmli- chen Bordnetzverbraucher, beispielsweise Glühlampen, ver- sorgt, während die 36V-Batterie zur Versorgung von Hochleis- tungsverbrauchern, beispielsweise Scheibenheizungen, verwen- det wird. Bei dem bekannten Bordnetz liegen die negativen Anschlüsse der beiden Batterien jeweils auf demselben Masse- potential.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssi- cherheit eines Mehrspannungsbordnetzes zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeuges umfasst ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes Mehrspannungsbordnetz, das zumindest ein erstes und ein zweites Spannungsniveau, jeweils von der Bezugsspannung verschieden, bereitstellt.

Das Mehrspannungsbordnetz wird von zumindest einem elektri- schen Energiespeicher gespeist. Es ist zumindest ein Wandler zur Verbindung der beiden Spannungsniveaus vorgesehen. Er- findungsgemäß sind Einspeisemittel vorgesehen zur externen Einspeisung in das Mehrspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs.

Somit kann auch in einer Übergangszeit, in der wahrschein- lich nicht alle Fahrzeuge mit einem 42V-Bordnetz ausgestat- tet sind, ein 42V-Fahrzeug mit anderen Bordnetzspannungen durch eine Starthilfe gestartet werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Einspeisemittel zur Abtrennung eines oder mehrerer Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) vom 42V-Bordnetz und die Benutzung dieses Anschlusses als Fremdladestützpunkt vorsehen. Die abgetrenn- ten Wandler werden als Abwärtswandler betrieben und speisen das 14V-Bordnetz bzw. laden dessen 14V-Batterie nach.

Gleichzeitig wird der oder die verbleibenden Wandler als Aufwärtswandler eingesetzt, um die 42V-Batterie für einen Startvorgang nachzuladen. Insbesondere der Rückgriff auf ei- nen DC/DC-Wandler bringt nachfolgende Vorteile mit sich. Das Zweispannungsbordnetz kann durch unterschiedliche Ladespan- nungen gespeist werden (beispielsweise 12V/24V/36V). Der Strom im Starthilfekabel ist durch die Leistungsfähigkeit der DC/DC-Wandler begrenzt. Die Verwendung eines DC/DC- Wandlers als strombegrenzendes Bauteil ermöglicht die Benut- zung eines Starthilfekabels mit geringem Kupferquerschnitt im Vergleich zu herkömmlichen Starthilfekabeln. Durch die strombegrenzende Wirkung des DC/DC-Wandlers kann auch die mechanische Ausführung des Fremdladestützpunkts vereinfacht werden. Greift man auf geregelte DC/DC-Wandler zurück, so können die Fahrzeugbatterien definiert geladen werden, da nun Strom/Spannung einstellbar sind. Durch die Stromregelung oder Strombegrenzung der Ab-und Aufwärtswandler kann die Verteilung der Energieeinspeisung in die 14V-oder 42V- Batterie beliebig eingestellt werden. Bei der Verwendung von verpolsicheren DC/DC-Wandlern oder bei Rückgriff auf eine Leistungsdiode mit vergleichsweise geringer Strombelastung kann ein Verpolschutz des Fremdladekabels realisiert werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhän- gigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel sowie die Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel möglicher (Fremd) energieeinspeisungen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Ein Generator 10, eine 36V-Batterie 12, ein Starter 14 sowie ein Hochstromverbraucher 16 sind parallel zwischen einem 42V-Zweig 18 und Massepotential verschaltet. Der 42V-Zweig 18 ist über einen zweiten DC/DC-Wandler 22 mit einem 14V- Zweig 28 verbunden. An diesen 14V-Zweig 28 sind eine 12V- Batterie 24 und 14V-Lasten 26-parallel gegen Masse ver- schaltet-angeschlossen. Zu dem zweiten DC/DC-Wandler 22 kann ein erster DC/DC-Wandler 20 über ein 42V-seitig ange- ordnetes erstes Schaltmittel 31 parallel geschaltet werden, indem das erste Schaltmittel 31 geschlossen wird. Ein Fremd- ladestützpunkt 34 kann über ein zweites Schaltmittel 32 mit dem 42V-seitigen Anschluss des ersten DC/DC-Wandlers 20 ver- bunden werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem der Figur 1 lediglich in der Anschaltung des Fremdlade- stützpunktes 34. So ist ein Umschaltmittel 36 vorgesehen, das den 42V-seitigen Anschluss des ersten DC/DC-Wandlers 20 entweder mit dem Potential des Fremdladestützpunkts 34 (Stellung"B") oder mit demjenigen des 42V-Zweiges 18 (Stel- lung"A") verbindet. Optional ist eine Diode 38 vorgesehen, die aus Verpolschutzgründen zwischen dem Fremdladestützpunkt 34 und dem Umschaltmittel 36 (Stellung"B") angeordnet ist.

Bei herkömmlichen Bordnetzkonfigurationen sind die DC/DC- Wandler 20,22 (Gleichspannungswandler) auf der 42V-Seite parallel geschaltet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient das erste Schaltmittel 31 dazu, den ersten DC/DC- Wandler 20 von dem 42V-Zweig abzutrennen. Über das zweite Schaltmittel 32 kann eine Verbindung zu dem Fremdladestütz- punkt 34 hergestellt werden. Das erste Schaltmittel 31 ist im Normalbetrieb des Fahrzeugs geschlossen, das zweite Schaltmittel 32 geöffnet. Im Normalbetrieb wird der erste DC/DC-Wandler 20 im Abwärtsbetrieb zur Stützung des 14V- Spannungsniveaus durch die 42V-Seite genutzt, ebenso wie der parallel verschaltete zweite DC/DC-Wandler 22, der im Normalbetrieb ebenfalls als Abwärtswandler arbeitet. Die entsprechende Richtungsinformation (Abwärtsbetrieb) wird zu- mindest dem zweiten DC/DC-Wandler 22 von einem nicht eigens dargestellten Steuergerät bereitgestellt. Zumindest der zweite DC/DC-Wandler 22 kann bidirektional (aufwärts, ab- wärts) betrieben werden wie nachfolgend beschrieben.

In dem vom Normalbetrieb abweichenden Ladebetrieb werden das erste Schaltmittel 31 im Sinne eines Öffnens, das zweite Schaltmittel 32 im Sinne eines Schließens beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Steuergerät angesteuert. Damit kann über den Fremdladestützpunkt 34 und den ersten DC/DC- Wandler 20 elektrische Energie in das 14V-Bornetz, evtl. ü- ber den zweiten DC/DC-Wandler 22 in das 42V-Bordnetz einge- speist werden. Der erste DC/DC-Wandler 20 setzt ein beliebi- ges, über den Fremdladestützpunkt 34 extern eingespeistes Spannungsniveau in eine für das 14V-Bordnetz geeignete Span- nung um. Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit des ers- ten DC/DC-Wandlers 20 (Abwärtswandler) bleibt die Stromstär- ke bei der Fremdladung begrenzt, so dass sich die Schaltmit- tel 31,32 durch Transistoren oder Relais ausführen lassen.

Bei Verwendung ausreichend stromfester Schalter ist auch ei- ne direkte 42V-Verbindung bei geschlossenen Schaltern 31,32 denkbar.

Führt man in einem System mit zwei DC/DC-Wandlern 20,22 beispielsweise den ersten DC/DC-Wandler 20 mit einem Weitbe- reichseingang aus, so kann dieser im Abwärtsbetrieb eine Ausgangsspannung von ca. 14V aus einer Eingangsspannung vom 14V.. 42V-Bordnetz erzeugen. Hiermit kann das 14V- Restbordnetz versorgt und insbesondere die 14V-Batterie 24 nachgeladen werden. Setzt man gleichzeitig noch den zweiten DC/DC-Wandler 22 im Aufwärtsbetrieb ein, so wird auch das 42V-Netz versorgt und die Starterbatterie 12 auf 42V-Seite nachgeladen. Dies kann mit geregelter Spannung erfolgen. Für beide DC/DC-Wandler 20,22 empfiehlt sich ein Betrieb mit einstellbarer Strombegrenzung oder als Stromquelle. Hiermit kann der von dem ersten DC/DC-Wandler 20 bereitgestellte Ausgangsstrom beliebig auf eine Ladung der 14V-Batterie 24 und eine Aufwärtswandlung nach 42V und damit eine Nachladung der 42V-Batterie 12 aufgeteilt werden. Ein nicht dargestell- tes Steuergerät gibt für den zweiten DC/DC-Wandler 22 eine Richtungsinformation vor, um diesen für den Ladefall im Auf- wärtsbetrieb anzusteuern. Sind die DC/DC-Wandler 20,22 ge- regelt ausgeführt, so könnte das Steuergerät auch die ge- wünschten Strom-und/oder Spannungssollwerte den Wandlern 20,22 vorgeben. Diese Sollwerte können von den Ladezustän- den einer oder beider Batterien abhängen.

Das Umschalten des ersten Schaltmittels 31 und des zweiten Schaltmittels 32 vom Normalbetrieb in den Fremdladebetrieb (beispielsweise mit Anschaltung des Fremdladestützpunkt 34 in das Mehrspannungsbordnetz) kann über einen Steuergeräte- befehl, über eine Erkennung des Anschließens eines Fremdla- dekabels oder durch das Öffnen eines Deckels am Fremdlade- stützpunkt 34 ausgelöst werden.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Figur 2) ist als ein- fache und kostengünstige Realisierungsmöglichkeit für die ersten und zweiten Schaltmittel 31,32 der Figur 1 ein Wech- selrelais als Umschaltmittel 36 vorgesehen. Hierdurch wird gleichzeitig eine eventuell nicht erwünschte direkte Verbin- dung von Fremdladestützpunkt 34 und 42V-Netz bzw. Mehrspan- nungsbordnetz zuverlässig vermieden.

Ein Fremdladekabel birgt die Gefahr einer Verpolung der bei- den Anschlüsse. Um hierbei Schäden zu vermeiden, kann bei- spielsweise das zweite Schaltmittel 32 gemäß Figur 1 im Fal- le einer Verpolung geöffnet werden. Andere Möglichkeiten be- stehen in einer verpolfesten Ausführung des ersten DC/DC- Wandlers 20 oder der Einfügung einer Verpolschutzdiode 38 in die Leitung zum Fremdladestützpunkt 34 gemäß Figur 2. Die Schaltmittel 31,32 können sowohl durch ein Relais, einen Halbleiterschalter oder durch eine mechanische Lösung reali- siert werden. Beispielsweise kann das Abheben einer Kappe ü- ber dem Fremdladestützpunkt 34 (um diesen zugänglich zu ma- chen) automatisch zum Umschalten des Schalters 36 von Stel- lung A auf Stellung B führen. Für einen Verpolschutz des Fremdladestützpunktes 34, also im Falle der Vertauschung der Starthilfekabel, muß das Schaltmittel 36 in Position A ge- schaltet werden. Dies kann durch eine entsprechende Steue- rung des Umschalt-Relais 36 vom Steuergerät oder durch Se- rienschaltung von Relaissteuerspule des Umschaltmittels 36 und einer Diode erfolgen. Das Relais 36 hat den Ruhekontakt A und wird bei korrekter Spannung am Fremdladestützpunkt 34 bestromt und schaltet damit nach B. Bei Verpolung sperrt die Diode, das Relais zieht nicht an.

Die Fremdladehilfe geschieht über den ersten DC/DC-Wandler 20 im Abwärtsbetrieb und den zweiten DC/DC-Wandler 22 im Aufwärtsbetrieb. Die beiden Wandler 20,22 müssen jedoch nicht zwingend zwei getrennte Wandler sein. Heutige DC/DC- Wandler werden teilweise auch als Multiphasenwandler ausge- führt. D. h. an diesen Wandlern werden mehrere Wandlerzellen kleinerer Leistung parallel geschaltet und die Leistungstei- le zeitversetzt getaktet. Hiermit können aufgrund von Auslö- schungseffekten Filterbauteile eingespart werden. Mit Multi- phasenwandlern wird es nun möglich, die ersten und zweiten Wandler 20,22 mit den vorhandenen Phasen eines einzigen Multiphasenwandlers zu realisieren. Hierzu werden die Phasen aufgeteilt in Wandler mit Abwärts-und Aufwärtswandlerfunk- tion. Die Phasen werden dann wandlerintern über einen Schal- ter eingangsseitig getrennt.

Die Vorrichtung könnte sinngemäß auch verwendet werden, um am Fremdladestützpunkt 34 durch das Mehrspannungsbordnetz E- nergie zur Verfügung zu stellen. Als Fremdladestützpunkt 34 könnte beispielsweise der Zigarettenanzünder verwendet wer- den. Um diesen mit Energie aus dem Mehrspannungsbordnetz zu versorgen, ist ein weiterer Betriebszustand vorzusehen, in dem die beiden Schaltmittel 31,32 der Figur 1 geschlossen werden. Soll über den Zigarettenanzünder nun die Energieein- speisung erfolgen und wird zu diesem Zweck das Starthilfeka- bel angesteckt, so erkennt eine beispielsweise im Steuerge- rät integrierte Auswerteeinrichtung, dass eine Spannung ein- geprägt wird. Daraufhin wird das erste Schaltmittel 31 im Sinne eines Öffnens angesteuert, um wie bereits beschrieben den Ladebetrieb zu erreichen.