BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, bei welchem elektrische Bordgeräte über ein elektrisches Bordnetz mit einer elektrischen Niedervolt- Versorgungseinrichtung gekoppelt sind, welche die Bordgeräte mit elektrischer Leistung versorgt. Die Niedervolt-Versorgungseinrichtung, oder kurz Versorgungseinrichtung, weist eine Fahrzeugbatterie als einen elektrischen Niedervolt-Energiespeicher auf.

Eine solche Fahrzeugbatterie ist bei heutigen Fahrzeugen in der Regel eine große 12V-Batterie, beispielsweise ein Blei-Akkumulator. Die Fahrzeugbatterie wird z.B. zum Starten des Verbrennungsmotors sowie für die Stabilisierung eines 12V-Bordnetzes benötigt. Bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor bzw., im Falle eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, bei deaktiviertem Hochvolt-System erfolgt die Versorgung der Bordgeräte sogar ausschließlich über die Niedervolt- Versorgungseinrichtung. Eine 12V- Batterie stellt hier einen elektrischen Niedervolt-Energiespeicher einer Niedervoltversorgung dar. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist aber allgemein unter dem Begriff „Niedervolt" ein Spannungsbereich von (betragsmäßig) 0V _D c bis 60V _DC , insbesondere von 0V _D c bis 50V _D c, bevorzugt ein Bereich kleiner als 15V _D c, einer Gleichspannung zu verstehen. Die Einheit„V _DC " bedeutet Volt.

Für die Fahrzeugbatterie können heutzutage verschiedene Verbauorte in dem Kraftfahrzeug gewählt sein. Bei einem Fahrzeugunfall ist es dabei von Vorteil, wenn die 12V-Batterie beim Unfall nicht zerstört oder beschädigt wird, sodass auch nach einem Unfall die elektrische Versorgung gewährleistet ist und noch Funktionalitäten bereitstehen, wie etwa das Warnblinken mittels eines Warnblinkers, um die Gefahr eines Folgeunfalls zu verringern. Im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen ist es aus der DE 10 2010 038 886 A1 bekannt, deren Traktions-Batteriesystem als verteiltes System bereitzustellen, welches mindestens zwei räumlich verteilte Batteriemodule mit mehreren Batteriezellen und ein zentrales Batteriesteuergerät aufweist. Jedes der Batteriemodule erzeugt dabei nur einen Teil der benötigten Betriebsspannung für den elektrischen Antrieb. Um die benötigte Betriebsspannung bereitzustellen, sind daher die Batteriemodule in einer Reihenschaltung miteinander verschaltet. Um ein verteiltes Batterie-Traktionssystem robust zu betreiben, indem der Betrieb einzelner Batteriemodule koordiniert wird, wird in der DE 698 23 204 T2 gelehrt, die Batteriemodule mittels eines Kommunikationsnetzwerks miteinander zu vernetzen. In einem Netzbetriebsmodus kommuniziert dann ein zentraler Batteriecomputer mit einem Modulprozessor eines jeden Batteriemoduls über das Netzwerk, um Modulüberwachungs- und Steuerarbeitsgänge zu koordinieren. Der Batteriecomputer überwacht eine Batterie- und Modulzustände, einschließlich des Spannungs- und Stromzustands einzelner Module. Traktions-Batteriesysteme sind Hochvolt-Versorgungseinrichtungen, d.h. sie erzeugen eine elektrische Spannung von 300V und mehr. Andernfalls wäre es nicht möglich, einen elektrischen Antrieb für die Elektrofahrzeuge mit der nötigen elektrischen Leistung zu versorgen. Im Falle eines Fahrzeugunfalls müssen Traktionsbatterien abgeschaltet werden, um Lichtbögen und energiereiche elektrische Entladungen zu vermeiden und um das Berühren gefährlicher Spannungen zu verhindern. Ein Betrieb von Fahrzeugkomponenten mittels eines Traktions-Batteriesystems ist daher nach einem Unfall ausgeschlossen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Kraftfahrzeug die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass auch nach einem Unfall ausgewählte Funktionalitäten bereitgestellt werden.

Die Aufgabe wird durch einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftwagens sind durch die Unteransprüche gegeben.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen sind in der bereits eingangs beschriebenen Weise elektrische Bordgeräte über ein elektrisches Bordnetz mit einer elektrischen Niedervolt-Versorgungseinrichtung zum Versorgen der Bordgeräte gekoppelt. Die Versorgungseinrichtung umfasst hierbei eine Fahrzeugbatterie als einen ersten elektrischen Niedervolt-Energiespeicher. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen umfasst die Versorgungseinrichtung nun zumindest noch einen weiteren an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Niedervolt-Energiespeicher. Hierbei ist vorgesehen, dass sowohl die Fahrzeugbatterie als auch der zumindest eine weitere Energiespeicher jeweils eine Speicherkapazität aufweisen, die groß genug ist, um auch nach unfallbedingtem Versagen der übrigen Energiespeicher noch für eine vorbestimmte Höchstzeitdauer eine ausgewählte Gruppe der Bordgeräte zu betreiben.

Der erfindungsgemäße Kraftwagen weist den Vorteil auf, dass bei einer Zerstörung oder Beschädigung einer der Energiespeicher oder bei einem Kurzschluss in einem Bereich des Bordnetzes diese ausgewählte Gruppe der Bordgeräte immer noch mittels der verbleibenden Energiespeicher betrieben werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen ist insbesondere vorgesehen, dass als der weitere Energiespeicher eine weitere Fahrzeugbatterie bereitgestellt ist. Ein weiterer Energiespeicher kann beispielsweise aber auch ein Doppelschichtkondensator sein.

Die Gruppe der ausgewählten Bordgeräte umfasst insbesondere zumindest einen der folgenden elektrischen Verbraucher: ein Warnblinklichtsteuergerät (inkl. der notwendigen Peripherie); ein E-Call-System zum automatischen Absetzen eines Notrufs auch für den Fall, dass Fahrzeuginsassen handlungsunfähig sind; ein Scheinwerfer; ein Innenlicht eines Fahrgastraums; ein Fensterheber; eine Türentriegelung; ein Pannenruf- System; ein Drive-by-Wire-Lenksystem; ein Lenkkraftverstärker; ein Bremskraftverstärker; ein Multikollisionsbremssystem (MKB - Multikollisionsbremse), wie es beispielsweise von dem Unternehmen Volkswagen ® angeboten wird; ein Mobilfunksystem bzw. ein Telefon. Die durch diese Bordgeräte jeweils bereitgestellte Funktionalität sollte auch nach einem Unfall, welcher derart heftig ist, dass es zu einem Versagen eines oder mehrerer der Energiespeicher kommen kann, noch verfügbar sein.

Die Höchstzeitdauer, für welche die Bordgeräte weiter betrieben werden können, beträgt zweckmäßigerweise mindestens fünf Minuten, insbesondere beträgt sie mehr als zehn Minuten. Durch Bereitstellen einer Kapazität für diese Zeitdauer ist es dann möglich, den Kraftwagen nach einem Unfall noch so weit abzusichern, dass Personen in Sicherheit gebracht werden können.

Um sicherzustellen, dass bei einem Unfall zumindest einer der Energiespeicher nicht oder nur so geringfügig beschädigt wird, dass er weiterhin genutzt werden kann, sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen die elektrischen Energiespeicher bevorzugt in einem Abstand von mindestens einem halben Meter, bevorzugt mindestens einem Meter, voneinander beabstandet angeordnet.

Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn einer der Energiespeicher in einem vorderen, mittleren oder hinteren Drittel des Kraftwagens angeordnet ist und sich ein anderer der Energiespeicher sich in einem anderen Drittel befindet, also nicht in demselben Drittel wie der erstgenannte Energiespeicher. Bei einem Frontalaufprall, Seitenaufprall oder einem Auffahrunfall ist dann jeweils die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich ein Energiespeicher, in einem nicht beschädigten Drittel des Kraftwagens befindet. Gleiches gilt auch für die Anordnung der Energiespeicher im linken, mittleren bzw. rechten Drittel des Kraftwagens.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Energiespeicher untereinander über eine elektrische Trennvorrichtung miteinander verbunden, welche dazu ausgelegt ist, nach einem Unfall einen Stromfluss zwischen den Energiespeichern zu blockieren, falls die Stromstärke einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Die elektrische Trennvorrichtung ist dabei Bestandteil des Bordnetzes. Sie ermöglicht es, bei einem Kurzschluss im Bordnetz oder in einem der Energiespeicher diesen von den übrigen Energiespeichern zu entkoppeln, sodass diese weiterhin elektrische Leistung an die Bordgeräte abgeben können und hierbei nicht durch den Kurzschluss in Mitleidenschaft gezogen werden.

Als geeignete Bestandteile der Trennvorrichtung haben sich die folgenden Komponenten erwiesen: Es kann eine Diode verwendet werden, insbesondere eine Schmelzdiode oder eine Q-Diode. Diese Elemente weisen einen verhältnismäßig geringen Durchgangswiderstand bei den zu erwartenden Nennströmen auf und führen dennoch bei zu großen Stromstärken zu einer sicheren Unterbrechung des Stromflusses. Auch ein PTC-Widerstand (PTC - positive temperature coefficient), ein Relais oder ein Halbleiter-Leistungsschalter, beispielsweise ein MOSFET (metal oxide semiconductor - field effect transistor) sind geeignete Bauelemente. Ein MOSFET kann auch als Q-Diode betrieben werden. Vorteil eines Relais und eines Leistungsschalters ist, dass durch Schalten ein Stromfiuss gezielt unterbrochen werden kann.

Als Bordnetz können bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen z.B. Kabel und/oder Stromschienen bereitgestellt sein. Ganz allgemein ist unter einem Bordnetz jedes elektrische Netz zum Übertragen von elektrischer Leistung von den Energiespeichern der Versorgungseinrichtung hin zu den Bordgeräten zu verstehen. Ein System zum Transportieren elektrischer Leistung über einen vorbestimmten Ü bertrag ungspf ad wird hier auch als Bus bezeichnet. Um nicht nur seitens der Versorgungseinrichtung, sondern auch bei der elektrischen Leistungsübertragung im Bordnetz Redundanz zu schaffen, weist das Bordnetz gemäß einer Weiterbildung des Kraftwagens zumindest zwei redundante Busse auf, über die dann elektrische Leistung unabhängig voneinander übertragbar ist. Es können also beispielsweise zumindest abschnittsweise zwei voneinander elektrisch getrennte Kabel von unterschiedlichen Energiespeichern zu einem der Bordgeräte führen. Über diese Kabel ist dann auf zwei unabhängigen Strompfaden elektrische Leistung zu dem Bordgerät transportierbar. Hierdurch ist dann zumindest eines der Bordgeräte, bevorzugt aber alle Bordgeräte, jeweils über diese Busse mit unterschiedlichen Energiespeichern verbunden. Sowohl die Beschädigung einer der Energiespeicher als auch eines der Busse kann dann durch das Parallelsystem (bestehend aus dem anderen Bus und dem anderem Energiespeicher) kompensiert werden.

Weitere Redundanz wird in vorteilhafter Weise geschaffen, wenn die Bordgeräte der Gruppe jeweils zumindest zwei getrennte Busanschlüsse aufweisen, über welche sie mit unterschiedlichen Energiespeichern gekoppelt sind. Es können so mehrere Netzteile in dem Bordgerät unabhängig voneinander mit jeweils einem Bus verbunden sein. Mit anderen Worten wird dieses Bordgerät dann über zwei vollständig getrennte Stromkreise mit elektrischer Leistung versorgt. Es kann also einer der Stromkreise versagen, ohne dass hierdurch die Funktionstüchtigkeit des Bordgeräts beeinträchtigt ist.

Bei dem zumindest einem weiteren Energiespeicher der Versorgungseinrichtung handelt es sich bevorzugt nicht um einen Reservespeicher. Vielmehr ist vorgesehen, die Kapazität z.B. einer bisher verwendeten großen 12V-Batterie in mindestens zwei kleinere 12V-Batterien aufzuteilen und durch das Verbauen dieser kleineren Batterien an unterschiedlichen Verbauorten eine redundante und robuste Spannungsversorgung zu realisieren. Im Normalbetrieb des Kraftwagens, wenn dieser keinen Unfall hatte, ist entsprechend eine von allen Bordgeräten (nicht nur denjenigen aus der Gruppe der ausgewählten Bordgeräte) insgesamt eine aus dem Bordnetz bestimmungsgemäß entnehmbare Gesamtleistung durchaus größer als diejenige Einzelleistung, die von jedem der Energiespeicher bestimmungsgemäß bereitstellbar ist. Mit anderen Worten sind im Normalbetrieb sämtliche Energiespeicher an der Versorgung der Bordgeräte beteiligt, was eben bedeutet, dass kein Reserveenergiespeicher vorhanden ist.

Eine entsprechende, geeignete Kapazität eines jeden Energiespeichers ist hierbei natürlich abhängig von der Größe des Kraftwagens. Als günstiger Wert für die Kapazität jeder der Energiespeicher hat sich hier eine Kapazität von kleiner als 420 Wh erwiesen, insbesondere kleiner als 350 Wh. Die Energiespeicher bauen dann entsprechend klein und leicht, sodass sie nicht mehr kosten und zusammen auch nur geringfügig mehr wiegen als eine einzelne große, herkömmliche Fahrzeugbatterie.

Zur Klarstellung sei noch einmal erwähnt, dass die Energiespeicher des Versorgungssystems in der Lage sind, die ausgewählte Gruppe der Bordgeräte nach einem Unfall des Kraftwagens auch unabhängig von einer Funktionstüchtigkeit eines Generators und auch unabhängig von einem gegebenenfalls vorhandenen Hochvolt-Spannungsversorgungssystem zu betreiben.

Da durch die Mehrzahl der Energiespeicher der Versorgungseinrichtung bereits eine redundante Spannungsversorgung gewährleistet ist, können auch etwaige kleinere Energiespeicher in den Sicherheitskomponenten selbst entfallen, wie sie beispielsweise in einem E-Call-System heutzutage bereitgestellt sind, um einen Ausfall einer zentralen 12V-Batterie kompensieren zu können. Hierdurch können diese Sicherheitskomponenten kleiner und leichter und auch kostengünstiger hergestellt werden.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal genauer anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Dazu zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens in der Draufsicht. Bei dem gezeigten Kraftwagen 10 kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln. Eine Front des Kraftwagens 10 ist in der Figur mit F gekennzeichnet. Der Kraftwagen 10 kann eine Vielzahl von Bordgeräten aufweisen, beispielsweise: Warnblinklichter 12, ein E-Call-System 14, Scheinwerfer 16, ein Innenlicht 18 für den Fahrgastraum, Fensterheber 20, Türentriegelungen 22, ein Pannenruf-System 24, ein Drive-by-Wire-System 26, einen Lenkkraftverstärker 28, Bremskraftverstärker 30, ein Mobilfunksystem 32, ein Infotainmentsystem 34 und CD-Wechslersystem 36.

Die Bordgeräte können über ein in der Figur nur schematisiert dargestelltes Bordnetz 38 mit elektrischer Leistung aus einem elektrischen Niedervolt- Versorgungssystem 40 versorgt und hierdurch betrieben werden. Durch die Versorgungseinheit 40 wird in dem Bordnetz 38 eine Niederspannung, hier beispielsweise 12V, erzeugt und hierdurch der Betrieb der Bordgeräte 12 bis 36 ermöglicht. Weitere, in der Figur nicht dargestellte und für die Erläuterung der Erfindung nicht relevante Energiequellen sind ein Generator, welcher durch einen (ebenfalls nicht dargestellten) Verbrennungsmotor des Kraftwagens 10 angetrieben wird, und gegebenenfalls ein Hochvolt- Versorgungssystem.

Bei der Konstruktion des Kraftwagens 10 bestand eine Randbedingung darin, dass nach einem Unfall nach Möglichkeit all diejenigen Funktionalitäten der Bordgeräte verfügbar bleiben sollen, die dazu beitragen können, den Kraftwagen 10 abzusichern, Hilfe für die Fahrzeuginsassen zu holen und den Kraftwagen 10 gegebenenfalls von einer Fahrbahn zu bewegen. Hierzu sollen von den oben genannten Bordgeräten nach Möglichkeit alle bis auf das Infotainmentsystem 34 und den CD-Wechsler 36 auch nach einem Unfall betreibbar sein. Als eine Schwachstelle hat man hierbei erkannt, dass durch den Verbau einer einzelnen 12V-Batterie an einem bestimmten Verbauort nicht immer gewährleistet ist, dass die 12V- Spannungsversorgung nach einem Unfall noch gewährleistet ist. Deshalb wurde bei der Konstruktion des Kraftwagens 10 die Kapazität der für den Betrieb aller Bordgeräte 12 bis 36 nötigen Batteriekapazität auf hier beispielsweise drei kleinere Batterien 42, 44, 46 aufgeteilt. Durch den Verbau von zwei oder mehr kleineren 12V-Batterien ergibt sich eine redundante Spannungsversorgung, die auch noch gewährleistet werden kann, wenn durch einen Unfall eine der Batterien 42 bis 46 zerstört wird oder anderweitig versagt. Durch den Verbau von zwei oder mehr kleineren l2V-Batterien können zudem die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs im Vergleich zu einer Lösung mit normaler 12V-Batterie optimiert werden. Auch die Gewichtsverteilung (Achslastverteilung) kann mit einem solchen Konzept optimiert werden und führt zu einem weiteren Freiheitsgrad bei der Entwicklung eines Fahrzeugs. Dies hat man hier dazu genutzt, die Batterien 42 bis 46 an unterschiedlichen Verbauorten im Kraftwagen 10 anzuordnen, um so die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass bei einem Crash alle Batterien 42 bis 46 der Versorgungseinrichtung 40 beschädigt werden. Dies führt zu einer erheblichen Robustheit der Spannungsversorgung bei einem Fahrzeugunfall. In Anbetracht dessen, dass immer sicherheitsrelevante Bauteile, wie beispielsweise hier das Drive-by-Wire-System 26, eine sichere Spannungsversorgung benötigen, muss auch eine redundante Spannungsversorgung implementiert sein, um die Robustheit und Ausfallsicherheit solcher Systeme zu gewährleisten.

Zum Auffinden geeigneter Verbauorte kann der Kraftwagen 10 beispielsweise in insgesamt neun Zonen Z1 bis Z9 aufgeteilt worden sein. Die Zonengrenzen sind als gestrichelte Linien dargestellt. Hierzu kann die Grundfläche des Kraftwagens 10 zum einen in ein vorderes Drittel (Z1 , Z2, Z3), ein mittleres Drittel (Z4, Z5, Z6) und ein hinteres Drittel (Z7, Z8, Z9) und zum anderen in ein linkes Drittel (Z1 , Z4, Z7), ein mittleres Drittel (Z2, Z5, Z8) und ein rechtes Drittel (Z3, Z6, Z9) aufgeteilt worden sein. Je nach Unfalltyp (wie etwa einem Frontalcrash, einem Seitenaufprall, einem seitenversetzten Frontalcrash, einem Auffahrunfall von hinten, einem seitenversetzten Auffahrunfall von hinten) ist für unterschiedliche Zonen die Wahrscheinlichkeit, dass die darin befindlichen Komponenten beschädigt oder zerstört werden und deshalb versagen, unterschiedlich groß. Deshalb hat man die Batterien 42 bis 46 in unterschiedlichen Zonen angeordnet.

Bei dem Bordnetz 38 kann auch ein Lastabwurf vorgesehen sein, indem eine elektrische Verbindung zwischen den nach einem Unfall nicht benötigten Bordgeräten, also hier dem Infotainmentsystem 34 und dem CD-Wechsler 36, und dem Bordnetz 38 unterbrochen wird. Geeignete Mechanismen zum Erkennen einer Unfallsituation und zum gesteuerten Unterbrechen sind an sich aus dem Stand der Technik in umfangreichem Maße bekannt. Der beschriebene Kraftwagen 10 kann auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzt sein.