Titel

Baugruppe zur Versorgung von Teilbordnetzen mit unterschiedlichen

Spannungen

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zur permanenten

Spannungsversorgung eines ersten Teilbordnetzes eines Fortbewegungsmittels mit einer ersten Spannung einer Batterie und zur bedarfsabhängigen

Spannungsversorgung eines zweiten Teilbordnetzes des Fortbewegungsmittels mit einer zweiten Spannung der Batterie und ein Bordnetz für ein

Fortbewegungsmittel.

Aus dem Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Fortbewegungsmittel bekannt, welche unterschiedliche Spannungen zur Versorgung eines

Antriebsstrangs und zur Versorgung von Steuergeräten der Fortbewegungsmittel verwenden. Diese unterschiedlichen Spannungen werden meist durch zwei separate Batterien mit jeweils unterschiedlichen Ausgangsspannungen (z.B. 12 V zur Steuergeräteversorgung und 48 V zur Antriebsstrangversorgung)

bereitgestellt, welche beide im Fortbewegungsmittel mitgeführt werden.

DE 102016204534 A1 geht von einer Schaltungsanordnung zur

Spannungsversorgung elektrischer Verbraucher mittels eines

Energiespeichersystems mit mindestens einem elektrochemischen

Energiespeicher aus, weicher eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen umfasst und mittels mindestens eines ersten Schalters mit einem ersten elektrischen Anschlusspaar des Energiespeichersystems elektrisch verbindbar ist.

DE 102015218178 A1 schlägt ein Mehrspannungsbordnetz mit einer Vielzahl elektrischer Energiespeichereinheiten vor, die in einer Serienschaltung angeordnet sind, wobei ein Spannungspotential an den Enden der Serienschaltung von einem ersten Spannungsabgriff abgreifbar ist. Es wird zudem ein erster Zwischenabgriff vorgeschlagen, der in der Serienschaltung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Energiespeichereinheiten angeordnet ist, wobei ein Abschnitt der Serienschaltung zwischen einem Ende der

Serienschaltung und dem Zwischenabgriff einen Teilspannungsabschnitt bildet. Ferner wird ein zweiter Spannungsabgriff vorgeschlagen, über den ein

Spannungsniveau des Teilspannungsabschnitts abgreifbar ist, wobei der

Teilspannungsabschnitt wahlweise mit der restlichen Serienschaltung über einen Spannungswandler verbindbar ist, um den Teilspannungsabschnitt zu laden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Baugruppe zur Versorgung von

Teilbordnetzen mit unterschiedlichen Spannungen und ein Bordnetz für ein Fortbewegungsmittel bereit. Die unterschiedlichen Spannungen werden in der vorliegenden Erfindung insbesondere auf Basis einer einzelnen Batterie bereitgestellt. Dadurch können im Vergleich zu einer Verwendung von zwei separaten Batterien zum Bereitstellen unterschiedlicher Spannungen sowohl Kosten, als auch Gewicht eingespart werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Baugruppe zur permanenten Spannungsversorgung eines ersten Teilbordnetzes eines Fortbewegungsmittels mit einer ersten Spannung einer Batterie und zur bedarfsabhängigen Spannungsversorgung eines zweiten Teilbordnetzes des Fortbewegungsmittels mit einer zweiten Spannung der Batterie vorgeschlagen. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug (z.B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW, Shuttle-Bus) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug oder ein Wasserfahrzeug sein. Insbesondere kann das Fortbewegungsmittel ein Fortbewegungsmittel sein, dessen Antriebsstrang mit einer 48 V Spannung versorgt wird. Die

erfindungsgemäße Baugruppe umfasst eine Steuereinheit, eine Batterie und einen Schalter.

Die Steuereinheit kann beispielsweise eine zentrale Steuereinheit des

Fortbewegungsmittels sein, wie eine VCU (vehicle control unit). Eine solche Steuereinheit kann u.a. dafür zuständig sein, einzelne Steuergeräte und/oder Teilbordnetze des Fortbewegungsmittels in einem Ruhezustand des Fortbewegungsmittels zur Energieeinsparung in einen inaktiven Zustand zu versetzen. Umgekehrt kann eine solche Steuereinheit bei einem vorliegenden Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels inaktive Steuergeräte und/oder Teilbordnetze aktivieren. Um eine solche Funktionalität bereitstellen zu können, ist es erforderlich, dass zumindest die Steuereinheit dauerhaft mit der ersten Spannung versorgt wird, um das Fortbewegungsmittel bzw. dessen

Komponenten bei einem Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels entsprechend aktivieren (oder auch„wecken“) zu können. Die Steuereinheit umfasst eine erste Auswerteeinheit, einen ersten Dateneingang, einen

Datenausgang und einen ersten äußeren Anschluss zur permanenten

Spannungsversorgung der Steuereinheit mittels der ersten Spannung. Die erste Auswerteeinheit kann beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o.ä., ausgestaltet und informationstechnisch an eine interne und/oder externe erste Speichereinheit angebunden sein, in welcher durch die erste Auswerteeinheit empfangene und/oder berechnete Daten für eine nachfolgende Verarbeitung abgelegt werden können. Die erste Auswerteeinheit ist eingerichtet, in Verbindung mit dem ersten Dateneingang ein erstes Signal repräsentierend einen Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels zu empfangen und den Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels auf Basis des ersten Signals zu ermitteln. Das erste Signal kann zum Beispiel ein durch einen Zündschalter des Fortbewegungsmittels bereitgestelltes Zündungssignal sein, welches den Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels repräsentieren kann. Durch eine informationstechnische Anbindung des Zündschalters an den ersten Dateneingang der Steuereinheit kann das erste Signal durch die erste

Auswerteeinheit empfangen werden. Darüber hinaus kommen beliebige weitere Quellen im Fortbewegungsmittel als Sender des ersten Signals zur Aktivierung der Steuereinheit in Frage. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit das erste Signal aufgrund eines internen Aktivierungsbedarfs der Steuereinheit auch selbst erzeugen. Ein solcher interner Aktivierungsbedarf kann zum Beispiel der Ablauf eines Zeitzählers in der Steuereinheit sein, um das Bordnetz des

Fortbewegungsmittels zu bestimmten Zeitpunkten temporär oder dauerhaft zu aktivieren.

Das erste Signal, sowie nachfolgend beschriebene weitere Signale können in analoger oder digitaler Form übertragen werden. Eine digitale Übertragung kann insbesondere mittels aus dem Stand der Technik bekannter

Fahrzeugbussysteme, wie CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), FlexRay, MOST (Media Oriented Systems Transport) oder Ethernet erfolgen. Im Sinne einer vereinfachten Beschreibung soll nachfolgend, sofern nicht anderweitig beschrieben, stellvertretend von einer CAN-Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Baugruppe und weiteren Komponenten ausgegangen werden. Zur Realisierung der CAN-Verbindungen zwischen den jeweiligen Komponenten des

Fortbewegungsmittels können die Komponenten über geeignete CAN-Controller verfügen, welche die erfindungsgemäßen Signale senden und empfangen können. Dies ist nicht als Beschränkung auf eine CAN-Verbindung zur

Kommunikation zwischen den Komponenten anzusehen, stattdessen können beliebige andere Übertragungsverfahren und/oder Übertragungsprotokolle eingesetzt werden.

Die erste Auswerteeinheit ist darüber hinaus in Verbindung mit dem

Datenausgang eingerichtet, ein zweites Signal repräsentierend einen

Aktivierungsbedarf für die zweite Spannung der Batterie in Abhängigkeit des ermittelten Aktivierungsbedarfs des Fortbewegungsmittels auszugeben. Das zweite Signal kann unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln des

Aktivierungsbedarfs des Fortbewegungsmittels am Datenausgang der

Steuereinheit ausgegeben werden. Alternativ kann das zweite Signal nach dem Ermitteln des Aktivierungsbedarfs des Fortbewegungsmittels vor der Ausgabe am Datenausgang um eine vordefinierte Zeit verzögert werden.

Der erste äußere Anschluss und/oder der erste Dateneingang und/oder der Datenausgang der Steuereinheit können bevorzugt an einer Außenseite eines Gehäuses der Steuereinheit angeordnet und beispielsweise in Form eines Steckverbinders ausgebildet sein.

Die Batterie kann bevorzugt eine Traktionsbatterie sein, die für eine elektrische Versorgung eines Elektromotors des Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels eingesetzt wird. Weiter bevorzugt kann die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie sein, wobei sie jedoch nicht auf diese Batterietechnologie beschränkt ist. Die durch die Batterie bereitgestellte erste Spannung, welche einer Teilspannung einer maximal verfügbaren Spannung der Batterie entspricht, kann eine

Spannung im Bereich von 8 V - 20 V, insbesondere eine Spannung im Bereich von 10 V - 16 V und bevorzugt eine Spannung von 12 V sein. Die durch die Batterie bereitgestellte zweite Spannung, welche der maximal verfügbaren Spannung der Batterie entspricht, kann eine Spannung im Bereich von 30 V - 60 V, insbesondere eine Spannung im Bereich von 40 V - 50 V und wie oben beschrieben, bevorzugt eine Spannung von 48 V sein. Die Batterie umfasst einen zweiten äußeren Anschluss zum permanenten Bereitstellen der ersten Spannung und einen dritten äußeren Anschluss zum Bereitstellen der zweiten Spannung.

Im Sinne einer vereinfachten Beschreibung wird nachfolgend für die erste Spannung eine Spannung von 12 V und für die zweite Spannung eine Spannung von 48 V angenommen, ohne jedoch die jeweiligen Spannungen auf diese beispielhaften Spannungswerte zu beschränken. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Baugruppe auch mit ersten und zweiten Spannungen der Batterie betrieben werden, welche die erwähnten Bereiche für die erste und zweite Spannung überschreiten bzw. unterschreiten. Die Batterie ist ferner eingerichtet, das zweite Signal mittels des zweiten Dateneingangs der Batterie zu empfangen. Zu diesem Zweck kann der Datenausgang der Steuereinheit informationstechnisch mit dem zweiten Dateneingang der Batterie verbunden sein. Diese informationstechnische Anbindung kann bevorzugt eine CAN- Verbindung sein.

Der zweite äußere Anschluss und/oder der dritte äußere Anschluss und/oder der zweite Dateneingang der Batterie können bevorzugt an einer Außenseite eines Gehäuses der Batterie angeordnet und beispielsweise in Form eines

Steckverbinders ausgebildet sein.

Zusätzlich zur Steuereinheit und zur Batterie umfasst die erfindungsgemäße Baugruppe einen Schalter, welcher eingerichtet ist, die zweite Spannung der Batterie dem zweiten Teilbordnetz in Abhängigkeit des zweiten Signals bereitzustellen oder nicht bereitzustellen. Der Schalter kann u.a. als

mechanisches Relais oder als elektronischer Schalter (z.B. MOSFET bzw.

MOSFET-Schaltung) ausgeführt und bevorzugt innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordnet sein. Eine Anordnung innerhalb des Gehäuses der Batterie kann derart ausgestaltet sein, dass der Schalter das Ausgeben der zweiten Spannung der Batterie am dritten äußeren Anschluss der Batterie unterbrechen kann. Der Schalter kann auf direktem Wege informationstechnisch mit dem zweiten Dateneingang verbunden sein, so dass ein von der Steuereinheit an die Batterie übertragenes zweites Signal (welches in diesem Fall statt einem CAN- Signal insbesondere ein analoges Steuersignal sein kann), welches einen Aktivierungsbedarf für die zweite Spannung der Batterie repräsentiert, zu einem Öffnen oder Schließen des Schalters führen kann. Durch das Öffnen oder Schließen des Schalters kann die zweite Spannung bedarfsabhängig am dritten äußeren Anschluss und somit auch am zweiten Teilbordnetz bereitgestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann der Schalter auch außerhalb des Gehäuses der Batterie angeordnet sein, indem dieser zwischen den dritten äußeren Anschluss der Batterie und das zweite Teilbordnetz geschaltet wird. Auf diese Weise lässt sich eine Versorgung des zweiten Teilbordnetzes mit der zweiten Spannung der Batterie ebenfalls bedarfsabhängig bereitstellen.

D.h. zusammengefasst, dass die Batterie der erfindungsgemäßen Baugruppe die im ersten Teilbordnetz angeordnete Steuereinheit permanent mit einer 12 V Spannung (erste Spannung) der Batterie versorgen kann, so dass die

Steuereinheit in die Lage versetzt wird, in Abhängigkeit eines

Aktivierungsbedarfs des Fortbewegungsmittels eine 48 V Spannung (zweite Spannung) der Batterie bedarfsabhängig am zweiten Teilbordnetz bereitzustellen oder nicht bereitzustellen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass ein Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels nicht zwangsläufig durch einen anstehenden Fährbetrieb des Fortbewegungsmittels ausgelöst werden muss. Stattdessen kann beispielsweise auch ein Ladevorgang der Batterie zu einer Aktivierung der erfindungsgemäßen Baugruppe führen, welcher ebenfalls ein Schließen des Schalters zur Durchführung des Ladevorgangs erfordert.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Batterie der Baugruppe zusätzlich einen ersten Gleichspannungswandler, welcher eingerichtet ist, die zweite Spannung in die erste Spannung zu wandeln. Der Gleichspannungswandler kann, wie die oben beschriebenen weiteren Komponenten der Batterie, ebenfalls innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordnet sein und beispielsweise ein LDO- (Low Drop-Out) Längsregler oder ein Schaltregler sein, wobei der verwendete erste Gleichspannungswandler bevorzugt über eine geringe Ruhestromaufnahme verfügt. Eine Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers kann elektrisch mit einem internen Anschluss der Batterie verbunden sein, über welchen die maximal verfügbare Spannung der Batterie (hier 48 V) bereitgestellt wird. Es ist zu beachten, dass der gegebenenfalls in der Batterie angeordnete Schalter nicht zwischen den internen Anschluss der Batterie und die Eingangsseite des ersten

Gleichspanungswandlers geschaltet ist, so dass die Versorgung des ersten Gleichspanungswandlers mit der zweiten Spannung der Batterie nicht durch den Schalter unterbrechbar ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die durch den ersten Gleichspannungswandler aus der zweiten Spannung erzeugte erste Spannung (hier 12 V) in Form einer permanenten Spannungsversorgung am zweiten äußeren Anschluss der Batterie bereitgestellt werden kann. Da innerhalb des ersten Teilbordnetzes, welches durch den zweiten äußeren Anschluss der Batterie mit der ersten Spannung versorgt wird, bevorzugt nur die zur Aktivierung des Fortbewegungsmittels notwendige Steuereinheit angeordnet ist, kann der erste Gleichspanungswandler zudem ein Gleichspannungswandler mit einer relativ geringen Leistung sein. Es sei darauf hingewiesen, dass im ersten Teilbordnetz weitere Komponenten bzw. Steuergeräte des

Fortbewegungsmittels angeordnet sein können, welche analog zur Steuereinheit auch in einem Ruhezustand des Fortbewegungsmittels eine permanente

Versorgung durch die erste Spannung der Batterie erfordern. Im Sinne einer möglichst geringen Ruhestromaufnahme im ersten Teilbordnetz und einer möglichst kostengünstigen Auslegung des ersten Gleichspannungswandlers ist es empfehlenswert, eine Anzahl von im ersten Teilbordnetz zu versorgenden Komponenten bzw. Steuergeräten gering zu halten.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung des ersten Gleichspannungswandlers zum Erzeugen der ersten Spannung kann die erste Spannung auch auf Basis eines Mittelabgriffs zwischen Zellen der Batterie bereitgestellt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der erste Gleichspannungswandler ausgelassen werden kann, wodurch eine Verlustleistung des ersten Gleichspannungswandlers und Kosten für die Verwendung des ersten Gleichspannungswandlers vermieden werden können. Andererseits besitzt diese Variante den Nachteil, dass die Versorgung des ersten Teilbordnetzes auf Basis der ersten Spannung jeweils nur durch einen Teil der Zellen der Batterie bereitgestellt wird, wodurch die Gefahr einer zu schnellen Entladung der Batterie und einer schnelleren Alterung der hierfür verwendeten Zellen besteht. Um diesem Problem zu begegnen ist es denkbar, eine Mehrzahl unterschiedlicher Zellabgriffe bereitzustellen, welche in

Kombination die Gesamtzahl an verfügbaren Zellen der Batterie abdecken.

Durch eine sequenzielle Verwendung der jeweiligen unterschiedlichen

Zellabgriffe können die Zellen der Batterie über die Zeit gleichmäßig entladen werden. Dies erfordert den zusätzlichen Einsatz eines Umschalters, welcher zwischen den jeweiligen Zellabgriffen umschalten kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Batterie eine zweite Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, in Verbindung mit dem zweiten Dateneingang der Batterie das zweite Signal zu empfangen, einen Aktivierungsbedarf für die zweite Spannung der Batterie auf Basis des zweiten Signals zu ermitteln und in Abhängigkeit des ermittelten

Aktivierungsbedarfs für die zweite Spannung den Schalter zu schließen oder nicht zu schließen. Die zweite Auswerteeinheit kann, wie die erste

Auswerteeinheit, beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler

Signalprozessor, Mikrocontroller, o.ä., ausgestaltet und informationstechnisch an eine interne und/oder externe zweite Speichereinheit angebunden sein, in welcher durch die zweite Auswerteeinheit empfangene und/oder berechnete Daten für eine nachfolgende Verarbeitung abgelegt werden können. Des Weiteren kann die zweite Auswerteeinheit Bestandteil eines

Batteriemanagementsystems (BMS) der Batterie sein und zum Beispiel mittels eines dritten Gleichspannungswandlers spannungsversorgt werden, welcher eingerichtet ist, die zweite Spannung der Batterie in eine für die zweite

Auswerteeinheit geeignete Versorgungsspannung umzuwandeln. Darüber hinaus kann der dritte Gleichspannungswandler vorteilhaft über einen weiteren Schalter elektrisch an die zweite Spannung der Batterie angebunden sein, so dass der dritte Gleichspannungswandler und die zweite Auswerteeinheit bedarfsabhängig mittels der zweiten Spannung der Batterie versorgt werden können. Mit anderen Worten können der dritte Gleichspannungswandler und die zweite

Auswerteeinheit in einem Ruhezustand des Fortbewegungsmittels durch den weiteren Schalter deaktiviert werden, so dass diese beiden Komponenten in einem solchen Fall keinen Ruhestrom aufnehmen. Der weitere Schalter kann im Falle eines vorliegenden Aktivierungsbedarfs des Fortbewegungsmittels entsprechend angesteuert und geschlossen werden, so das der dritte

Gleichspannungswandler und die zweite Auswerteeinheit aktiviert werden. Zu diesem Zweck kann das über den zweiten Dateneingang der Batterie

empfangene zweite Signal mittels einer informationstechnischen Anbindung des zweiten Dateneingangs an den weiteren Schalter an den weiteren Schalter übertragen werden. Alternativ kann die zweite Auswerteeinheit auch ohne den weiteren Schalter betrieben werden, wodurch diese permanent betrieben werden kann. In beiden Varianten kann das zweite Signal durch die zweite Auswerteeinheit empfangen und verarbeitet werden. Sofern die zweite

Auswerteeinheit auf Basis des zweiten Signals einen Aktivierungsbedarf für die zweite Spannung der Batterie ermittelt, kann der Schalter zum Bereitstellen der zweiten Spannung durch die zweite Auswerteeinheit entsprechend angesteuert und geschlossen werden. Dies kann unmittelbar im Ansprechen auf einen durch die zweite Auswerteeinheit ermittelten Aktivierungsbedarf der zweiten Spannung erfolgen, oder nach einer vordefinierten Verzögerungszeit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Auswerteeinheit der Batterie weiter eingerichtet, die zweite Spannung zusätzlich in Abhängigkeit vordefinierter Kriterien zu aktivieren. Da die zweite Auswerteeinheit, wie oben beschrieben, insbesondere ein Bestandteil eines Batteriemanagementsystems sein kann, kann die zweite Auswerteeinheit beispielsweise auf Zustandsinformationen der Batterie zurückgreifen, welche mittels einer Sensorik der Batterie ermittelt werden können. Diese

Zustandsinformationen der Batterie können beispielsweise eine Temperatur und/oder einen Ladezustand (SoC) und/oder eine Spannung und/oder einen Lade- bzw. Entladestrom der Batterie umfassen. Die vordefinierten Kriterien, die bevorzugt in der an die zweite Auswerteeinheit angebunden zweiten

Speichereinheit abgelegt sein können, können u.a. Schwellenwerte und/oder zulässige Wertebereiche für die Zustandsinformationen der Batterie umfassen. Dies ermöglicht zum Beispiel, dass die zweite Auswerteeinheit trotz eines vorliegenden Aktivierungsbedarfs der zweiten Spannung, die zweite Spannung nicht, oder erst nach einer vordefinierten Verzögerungszeit aktiviert, falls zum Beispiel eine aktuelle Temperatur der Batterie oberhalb eines vordefinierten Schwellenwertes für eine maximal zulässige Temperatur liegt und/oder falls ein Ladezustand der Batterie für eine Versorgung des Antriebsstrang des

Fortbewegungsmittels, unterhalb eines Schwellenwertes für einen Ladezustand liegt. Darüber hinaus können auf Basis weiterer Zustandsinformationen der Batterie und gegebenenfalls zusätzlicher fahrzeugbezogener Informationen, beliebige vordefinierte Kriterien bzw. Kombinationen vordefinierter Kriterien verwendet werden, welche vorteilhaft bei der Aktivierung der zweiten Spannung zu berücksichtigen sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Auswerteeinheit ferner eingerichtet, einen Benutzer des

Fortbewegungsmittels über einen kritischen Ladezustand der Batterie zu informieren. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die erfindungsgemäße Baugruppe in einer bevorzugten Ausgestaltung nur eine Batterie zur

Bereitstellung der ersten und der zweiten Spannung umfasst. D.h., dass mittels der einen Batterie eine permanente Grundversorgung der Steuereinheit sichergestellt werden muss, da keine zweite Batterie zur Versorgung von 12 V Steuergeräten des Fortbewegungsmittels vorgesehen ist. Für den Fall, dass das Fortbewegungsmittel über einen längeren Zeitraum nicht verwendet wird, kann ein Ladezustand der Batterie durch den Ruhestromverbrauch der permanent spannungsversorgten Steuereinheit unter eine kritische Grenze abfallen, so dass die Steuereinheit gegebenenfalls nicht mehr ausreichend versorgt werden kann. In einem solchen Fall kann das Fortbewegungsmittel eventuell nicht mehr selbstständig gestartet werden. Um dies zu verhindern, kann die zweite

Auswerteeinheit den Ladezustand der Batterie fortlaufend mit einem

vordefinierten Schwellenwert für einen Ladezustand abgleichen und bei einer Unterschreitung des Schwellenwertes eine Ausgabe einer Hinweismeldung für einen Benutzer des Fortbewegungsmittels initiieren. Eine solche Hinweismeldung kann zum Beispiel ein akustischer und/oder optischer und/oder haptischer Hinweis im Fortbewegungsmittel und/oder in einem mobilen Endgerät des Benutzers sein, welches auch außerhalb des Fortbewegungsmittels über den kritischen Ladezustand der Batterie informieren kann.

Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Baugruppe eine zweite, dritte, vierte, oder weitere Batterien umfassen kann, welche bevorzugt parallel zur Batterie geschaltet sein können, um eine höhere

Gesamtleistung bereitzustellen und/oder eine Ausfallsicherheit des elektrischen Antriebs zu erhöhen. Dies kann beispielweise derart ausgestaltet sein, dass sämtliche in der erfindungsgemäßen Baugruppe eingesetzten Batterien das zweite Signal der Steuereinheit parallel empfangen, um ein synchrones

Bereitstellen der jeweiligen bedarfsabhängigen zweiten Spannungen der Batterien gewährleisten zu können. Bevorzugt werden jeweilige zweite

Anschlüsse der Mehrzahl von Batterien parallelgeschaltet. Weiter bevorzugt werden auch jeweilige dritte äußere Anschlüsse der Mehrzahl von Batterien parallelgeschaltet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bordnetz für ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Das Bordnetz umfasst eine

erfindungsgemäße Baugruppe, einen zweiten Gleichspannungswandler, ein erstes Teilbordnetz, ein zweites Teilbordnetz, und ein drittes Teilbordnetz. Das erste Teilbordnetz ist eingerichtet, eine Steuereinheit der Baugruppe mit einer durch eine Batterie der Baugruppe bereitgestellten ersten Spannung permanent zu versorgen. Die erste Spannung, welche dem ersten Teilbordnetz über einen zweiten äußeren Anschluss der Batterie bereitgestellt werden kann, kann

bevorzugt eine Spannung von 12 V sein, wobei dieser Spannungswert

beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen ist. Dies hat den Hintergrund, dass die überwiegende Mehrheit von Steuergeräten in modernen

Fortbewegungsmitteln nach wie vor auf Basis einer 12 V Spannung betrieben wird. Neben der Steuereinheit können weitere permanent zu versorgende

Steuergeräte bzw. Komponenten des Fortbewegungsmittels im ersten

Teilbordnetz angeordnet sein. Wie oben beschrieben, sollten eine Anzahl und insbesondere eine Leistungsaufnahme der weiteren Steuergeräte bzw.

Komponenten zum Erzielen der erfindungsgemäßen Vorteile auf ein notwendiges Minimum begrenzt sein.

Das zweite Teilbordnetz ist eingerichtet, einen Antriebsstrang des

Fortbewegungsmittels mit einer zweiten Spannung der Batterie zu versorgen. Die zweite Spannung, welche dem zweiten Teilbordnetz über einen dritten äußeren Anschluss der Batterie bereitgestellt werden kann, kann bevorzugt eine

Spannung von 48 V sein, wobei dieser Spannungswert beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen ist. Dies hat den Hintergrund, dass insbesondere

Antriebsstränge elektrisch angetriebener Kleinfahrzeuge oder elektrisch

angetriebener Zweiräder häufig auf einem solchen Spannungswert basieren. Wie oben beschrieben, wird das zweite Teilbordnetz bevorzugt nur dann mit der zweiten Spannung versorgt, wenn ein Aktivierungsbedarf des

Fortbewegungsmittels festgestellt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass im zweiten Teilbordnetz angeordnete elektrische Verbraucher, aufgrund von Leck- und/oder Ruheströmen, eine Entladung der Batterie in einem Ruhezustand des Fortbewegungsmittels verursachen können.

Der zweite Gleichspannungswandler ist eingerichtet, die bedarfsabhängig

bereitgestellte zweite Spannung der Batterie der Baugruppe in eine dritte Spannung zur Versorgung des dritten Teilbordnetzes zu wandeln. Die dritte Spannung, welche dem dritten Teilbordnetz über einen Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers bereitgestellt werden kann, kann bevorzugt eine Spannung von 12 V sein, wobei dieser Spannungswert beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen ist. Dies hat wie bereits beschrieben den Hintergrund, dass die überwiegende Mehrheit von

Steuergeräten in modernen Fortbewegungsmitteln nach wie vor auf Basis einer 12 V Spannung betrieben wird. Der zweite Gleichspannungswandler kann bevorzugt ein DC/DC-Wandler mit einer relativ hohen Leistung sein, welcher derart dimensioniert ist, dass über diesen eine Mehrzahl von Steuergeräten des Fortbewegungsmittels parallel betrieben werden kann. Die Mehrzahl von Steuergeräten kann beispielsweise

Fahrerassistenzsysteme und/oder Bordcomputersysteme und/oder

Kommunikationssysteme und weitere Systeme des Fortbewegungsmittels umfassen, welche nur in einem aktiven Zustand des Fortbewegungsmittels benötigt werden, da die mittels des dritten Teilbordnetzes bereitgestellte dritte Spannung von einer Bereitstellung der zweiten Spannung im zweiten Teilbordnetzes abhängt, welche bevorzugt bedarfsabhängig geschaltet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Baugruppe; und

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Bordnetzes für ein Fortbewegungsmittel.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Baugruppe 1. Die Baugruppe 1 umfasst eine VCU (Vehicle Control Unit) 10 und eine Traktionsbatterie 20. Die VCU 10 umfasst eine

Auswerteeinheit 11 , die ein Mikrocontroller ist, einen ersten Dateneingang 12, einen Datenausgang 14 und einen ersten äußeren Anschluss 40. Mittels des

Dateneingangs 12 ist die VCU 10 eingerichtet, ein erstes Signal (z.B. ein„Inhibit- Signal“) zur Aktivierung eines am ersten Dateneingang 12 angeschlossenen

CAN-Controllers 24 zu empfangen. Das erste Signal repräsentiert in diesem Fall einen jeweiligen Schaltzustand eines Zündschalters des Fortbewegungsmittels.

Die VCU 10 wird über den ersten äußeren Anschluss 40 mit einer permanent bereitgestellten ersten Spannung der Batterie 20 versorgt, welche einer

Spannung von 12 V entspricht. Die erste Spannung der Batterie 20 wird über einen zweiten äußeren Anschluss 42 der Batterie 20 bereitgestellt. Eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten äußeren Anschluss 42 der Batterie 20 und dem ersten äußeren Anschluss 41 der VCU 10 wird über ein zweites Teilbordnetz 31 hergestellt. Des Weiteren ist die VCU 10 eingerichtet, das erste Signal, welches einen Aktivierungsbedarf des Fortbewegungsmittels repräsentiert, auszuwerten und ein mit dem Aktivierungsbedarf des

Fortbewegungsmittels korrespondierendes zweites Signal, welches einen Aktivierungsbedarf für eine zweite Spannung der Batterie 20 repräsentiert, über den Datenausgang 14 auszugeben. Die Batterie 20 umfasst eine Mehrzahl seriell verbundener Zellen, welche die zweite Spannung in Höhe von 48 V bereitstellen. Die zweite Spannung wird über einen elektronischen Schalter 50 der Batterie 20 an einem dritten äußeren Anschluss 44 der Batterie 20 bereitgestellt. Darüber hinaus verfügt die Batterie 20 über ein Batteriemanagementsystem 26, welches einen CAN-Controller 24, einen ersten Low-Drop-Spannungsregler 60, einen dritten Low-Drop-Spannungsregler 64 und eine zweite Auswerteeinheit 21 umfasst, welche ebenfalls ein Mikrocontroller ist. Über einen zweiten

Dateneingang 22 der Batterie 20 ist die Batterie 20 in der Lage, das zweite Signal der VCU 10, welches einen CAN-Signal ist, mittels des CAN-Controllers 24 zu empfangen, wobei der CAN-Controller 24 permanent mittels der zweiten Spannung der Batterie 20 versorgt wird. Der erste Low-Drop-Spannungsregler 60 der Batterie 20 wird ebenfalls permanent mittels der zweiten Spannung der Batterie 20 versorgt und wandelt die zweite Spannung (48 V) in eine permanent am zweiten äußeren Anschluss 42 der Batterie 20 bereitgestellte, erste

Spannung (12 V) um. Die zweite Auswerteeinheit 21 der Batterie 20 wird mittels des dritten Low-Drop-Spannungsreglers 64 mit einer 5 V Spannung versorgt. Sowohl die zweite Auswerteeinheit 21 , als auch der dritte Low-Drop- Spannungsregler 64 sind über einen weiteren Schalter mit der zweiten Spannung der Batterie 20 verbunden, wobei sich der weitere Schalter in einem

Ruhezustand des Fortbewegungsmittels in einer Öffnungsstellung befindet. Im Falle eines vorliegenden Ruhezustandes des Fortbewegungsmittels ist die zweite Auswerteeinheit 21 , welche den Schalter 50 zur Bereitstellung der zweiten Spannung ansteuert, somit nicht aktiv, entsprechend befindet sich der Schalter 50 ebenfalls in einer Öffnungsstellung, womit die zweite Spannung in diesem Zustand nicht am dritten äußeren Anschluss 44 der Batterie 20 bereitgestellt wird. Ein durch den dritten äußeren Anschluss 44 der Batterie 20 versorgtes zweites Teilbordnetz 32 ist in diesem Zustand daher ebenfalls spannungslos. Sobald die VCU 10 über das erste Signal einen Aktivierungsbedarf des

Fortbewegungsmittels registriert, gibt sie das mit dem ersten Signal

korrespondierende zweite Signal über den Datenausgang 14 an den

Dateneingang 22 der Batterie 20 aus. In der Batterie 20 sorgt das zweite Signal für eine Aktivierung des CAN-Controllers 24 der Batterie 20, welcher im

Ansprechen darauf den weiteren Schalter zur Versorgung der zweiten

Auswerteeinheit 21 ansteuert, welcher daraufhin geschlossen wird. Die auf diese Weise aktivierte zweite Auswerteeinheit 21 ist nun in der Lage, den Schalter 50 zu schließen, wodurch das zweite Teilbordnetz 32 mit der zweiten Spannung versorgt wird. Das zweite Teilbordnetz 32 versorgt hier einen Antriebsstrang des Fortbewegungsmittels, welches in einem solchen aktiven Zustand der zweiten Spannung fortbewegt werden kann.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Bordnetzes 30 für ein Fortbewegungsmittel. Das Bordnetz 30 umfasst ein erstes Teilbordnetz 31 , ein zweites Teilbordnetz 32 und ein drittes Teilbordnetz 33, eine erfindungsgemäße Baugruppe 1 und einen zweiten Gleichspannungswandler 62. Mittels des ersten Teilbordnetzes 31 wird eine VCU 10 der Baugruppe 1 permanent mit einer ersten Spannung einer Batterie 20 der Baugruppe 1 versorgt, wobei die erste Spannung einer 12 V Spannung entspricht. Die erste Spannung kann durch eine einzelne Batterie 20 oder eine Mehrzahl parallel geschalteter Batterien 20 (gestrichelt dargestellt) bereitgestellt werden. Die VCU 10 verfügt über einen ersten Dateneingang 12, welcher informationstechnisch mit einer Aktivierungsleitung 100 verbunden ist. Des Weiteren verfügt die VCU 10 über einen Datenausgang 14, welcher mit einem CAN-Bus des Fortbewegungsmittels verbunden ist. An diesen CAN-Bus sind auch alle nachfolgend beschriebenen Steuergeräte bzw. Komponenten des Fortbewegungsmittels informationstechnisch angebunden (entweder direkt oder über ein oder mehrere CAN-Gateways). Mittels eines zweiten Signals der VCU 10, welches über den CAN-Bus übertragen wird, wird ein CAN-Controller 24 einer sich in einem Ruhezustand befindenden Batterie 20 aktiviert. Im

Ansprechen darauf wird ein Batteriemanagementsystem 26 der Batterie 20 aktiviert, welches im Ansprechen darauf eine zweite Spannung der Batterie 20, welche einer 48 V Spannung entspricht, an das zweite Teilbordnetz 32 des Bordnetzes 30 ausgibt. Im zweiten Teilbordnetz 32 ist ein Elektromotor 80 eines Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels angeordnet, welcher durch einen Inverter angesteuert wird. Zusätzlich ist in Figur 2 eine Ladevorrichtung 90 zur Durchführung eines AC-Ladevorgangs der Batterie 20 im zweiten Teilbordnetz 32 angeordnet. Das dritte Teilbordnetz 33 ist mittels des zweiten

Gleichspannungswandlers 62 elektrisch an das zweite Teilbordnetz 32 angebunden. Der zweite Gleichspannungswandler 62 ist eingerichtet, die 48 V

Spannung des zweiten Teilbordnetzes 32 in eine 12 V Spannung für das dritte Teilbordnetz 33 umzuwandeln. Im dritten Teilbordnetz 33 ist eine Mehrzahl von Steuergeräten 70 des Fortbewegungsmittels angeordnet, welche

bedarfsabhängig mit der dritten Spannung versorgt wird.