Titel

BATTERIEANSCHLUSS FÜR FAHRZEUGBORDNETZ

Die Erfindung betrifft einen insbesondere intelligenten Batterieanschluss für Bordnetze, insbesondere für fehlertolerante Bordnetze, ein Bordnetz mit einem solchen Batterieanschluss und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bord netzes.

Stand der Technik

Unter einem Bordnetz ist insbesondere im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, z. B. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraft fahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausrei chende Stromversorgung sichergestellt ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreib bar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird.

Zu beachten ist, dass aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung von Aggrega ten sowie der Einführung von neuen Fahrfunktionen die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz der elektrischen Energieversorgung im Kraft fahrzeug stetig steigen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zukünftig bei ei nem hochautomatischen Fahren fahrfremde Tätigkeiten in begrenztem Maße zu lässig sein sollen. Eine sensorische, regelungstechnische, mechanische und energetische Rückfallebene durch den Fahrer ist in diesem Fall nur noch einge schränkt vorhanden. Daher besitzt bei einem hochautomatischen bzw. vollauto matisierten oder autonomen Fahren die elektrische Versorgung eine bisher in Kraftfahrzeugen nicht gekannte Sicherheitsrelevanz. Fehler im elektrischen Bordnetz müssen daher zuverlässig und möglichst vollständig erkannt und isoliert werden.

Unter einem automatisierten oder auch hochautomatisierten Fahren ist ein Zwi schenschritt zwischen einem assistierten Fahren, bei dem der Fahrer durch Assis tenzsysteme unterstützt wird, und einem autonomen Fahren, bei dem das Fahr zeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, zu verstehen. Beim hoch automatisierten Fahren verfügt das Fahrzeug über eine eigene Intelligenz, die vo rausplant und die Fahraufgabe zumindest in den meisten Fahrsituationen über nehmen könnte. Daher hat bei einem hochautomatisierten Fahren die elektrische Versorgung eine hohe Sicherheitsrelevanz. Energieversorgung und Verbraucher können daher redundant ausgeführt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Energie versorgung redundanter Bremsaktuatoren, bei der das elektronische Stabilitäts- Programm (ESP: Electronic Stability Program) durch das erste (Teil-)Bordnetz und der elektromechanische Bremskraftverstärker (EBB: Electromechanical Brake Booster) durch das zweite (Teil-)Bordnetz versorgt wird. Eine Versorgung aus zwei redundanten Energiequellen könnte daher zielführend sein.

Es werden daher Koppelelemente zum Koppeln von sicherheitsrelevanten elektri schen (Teil-) Bordnetzen benötigt, die in der Lage sind, fehlerhafte elektrische Ver braucher oder Verbrauchergruppen bzw. Teilnetze selbständig zu erkennen und diese rückwirkungsfrei und zuverlässig vom restlichen (Teil-)Bordnetz zu trennen, um Anforderungen an die Fehlertoleranz in der Versorgung von sicherheitsrele vanten Verbrauchern zu erfüllen, die bei einem automatisierten Fahren in Privat-, Nutz- oder Lastkraftfahrzeugen gegeben sind.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein intelligenter Batterieanschluss (IBAT: Intelli gent Battery Terminal) nach Anspruch 1 und ein fehlertolerantes Bordnetz mit mindestens zwei solchen intelligenten Batterieanschlüssen gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bord netzes nach Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Hierin wird insbesondere eine Vorgehensweise bzw. eine Methodik zur Erhöhung der Fehlertoleranz der elektrischen Energieversorgung in einem mehrkanaligen Bordnetz eines Kraftfahrzeuges unter Zuhilfenahme von Schalter basierenden Koppel- bzw. Trennelementen vorgeschlagen.

Es wird somit ein intelligenter Batterieanschluss (IBAT) vorgestellt, der die Funk tion eines Koppel- bzw. Trennelements und einer mehrkanaligen elektronischen Sicherung in sich vereint und zusätzlich mit weiteren Funktionen wie Batteriezu standserkennung oder Batteriemanagement ausgestattet werden kann. Dieser in telligente Batterieanschluss kann in einem Bordnetz zum Einsatz kommen und wird hierin auch als Koppel-/Trennelement, elektronische Sicherung oder als elektronischer Stromverteiler bezeichnet.

Zwei intelligente Batterieanschlüsse stellen dabei das Ergebnis der Substitution eines zum Koppeln von zwei sicherheitsrelevanten (Teil-)Bordnetzen vorgesehe nen konzentrierten Koppel-/Trennelements mit erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Trennfunktion dar, in Verbindung mit der sukzessiven Elimi nierung dessen nachteiliger Wechselwirkungseigenschaften.

Eine hohe Zuverlässigkeit der Trennfunktion ist überall dort gefordert, wo ein Koppel-/Trennelement zwei oder mehrere sicherheitsrelevante (Teil-)Bordnetze koppelt und wo im gekoppelten Zustand Fehler in einem der (Teil-)Bordnetze zur gleichzeitigen Beeinträchtigung in den anderen an dieses Netz gekoppelten si cherheitsrelevanten (Teil-)Bordnetzen führen könnte.

Der intelligente Batterieanschluss ist dabei als eine besonders vorteilhafte Aus gestaltung eines Koppel-/Trennelements bzw. eine spezifische Anordnung von schaltenden Elementen, insbesondere von leistungselektronischen Komponen ten, mit zugehörigen Anschlüssen, Sensoren, Auswerte- und Ansteuerschaltun gen zu verstehen, die in der Lage ist, Fehler in den angeschlossenen Verbrau chern und Leitungen automatisch zu detektieren und diese rückwirkungsfrei und zuverlässig von dem restlichen (Teil-)Bordnetz zu isolieren, und welche aufgrund einer optimalen Platzierung am Pluspol der Spannungsquelle, und zwar direkt oder über eine kurze Leitung daran angebunden, mit optionalen zusätzlichen Funktionen, wie bspw. Batteriezustandserkennung (BSD: Battery State Detec- tion), Batterie- Managementsystem (BMS: Battery Management System), Data Logging usw. vorteilhaft funktional erweitert werden kann.

Bedingt durch die sehr kurze Reaktionszeit und die genau konfigurierbaren Schwellwerte für Auslöseeinrichtungen minimiert die Funktionalität der elektroni schen Sicherung die elektrische und thermische Belastung von geschützten Ka beln, womit eine bessere Nutzung der Querschnittsfläche ermöglicht wird und daher das gesamte Kabelgewicht, der Energieverbrauch sowie die Luftver schmutzung reduziert werden.

Der vorgestellte intelligente Batterieanschluss realisiert eine funktionale Vereini gung der insbesondere für das autonome Fahren erforderlichen elektronisch ge steuerten Bordnetz- Koppel-Trenn- Funktionalität mit der elektronisch gesteuerten Stromverteilung. Die Umsetzung kann dabei mittels Halbleiterschalter oder Relais erfolgen. Es wird weiterhin hierin die Art der Umsetzung dieser funktionalen Ver einigung durch verteilte Koppel-/Trennelemente und deren elektrische Positionie rung am Pluspol der Spannungsquelle, und zwar direkt oder über eine kurze Lei tung daran angebunden, vorgestellt.

Es wird somit anstelle einer konzentrierten Ausführung des schaltenden Koppel- /Trennelements eine verteilte Implementierung mit zwei Einheiten, die je eine Hälfte der ansonsten notwendigen redundanten Schalteranordnung umfassen, vorgeschlagen. Diese Implementierung kann entweder direkt am positiven An schluss einer Spannungsquelle, z. B. am Batteriepluspol, oder über eine kurze Leitung an diesen Pol angebunden und mit zusätzlichen Schaltelementen zur Absicherung der von der Spannungsquelle zu versorgenden Verbraucher oder Teilnetze bzw. Verbrauchergruppen ausgestattet sein.

Zu beachten ist, dass die Batterieanschlussleitung einen vom (Batterie-)Sum- menstrom durchflossenen Widerstands- und induktivitätsbehafteten Leitungsab schnitt darstellt, der zur inneren Impedanz der Batterie in Reihe geschaltet ist und die elektrischen Eigenschaften der Batterie als Spannungsquelle negativ beein flusst. Aus diesem Grund ist die Länge der Batterieanschlussleitung zu minimie ren. Ein weiterer Aspekt, der eine Einschränkung der Leitungslänge zwischen der Batterie und der zum Zwecke der thermischen Absicherung der angeschlossenen Leitung zu installierenden Überstromvorrichtung erforderlich macht, ist die mit zunehmender Leitungslänge steigende Auftretenswahrscheinlichkeit für Fehler an der Leitung, z. B. für einen Massekurzschluss einer Plus-Leitung.

DIN EN ISO 10133 fordert unter anderem, dass, über den Leiter gemessen, in jedem Stromkreis oder Leiter des Systems innerhalb eines Abstands von 200 mm von der Stromquelle eine Sicherung installiert sein muss.

Zu beachten ist, dass durch die Aufteilung der konzentrierten Schalterfunktionali tät die das Koppel-/Trennelement mit erhöhten Anforderungen an die Zuverläs sigkeit der Trennfunktion (Reihenschaltung von mehreren bidirektional trennen den Schaltern) ausbildenden redundanten Schalteinheiten identisch und vergli chen mit der konzentrierten Ausführung zusätzlich kleiner und mit einem redu zierten Kühlungsaufwand ausgeführt werden können, da die Verlustleistung auf zwei physische Einheiten verteilt wird. Auf diese Weise können sowohl Entwick- lungs- als auch Herstellungskosten reduziert werden.

In Ausgestaltung ist am positiven Anschluss der Spannungsquelle eine stern punktförmige elektrische Verbindung der Schaltelemente vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die beim Trennen der Last entstehenden induktiven Span- nungsüber- und -unterschwinger durch die Spannungsquelle spannungsmäßig geklemmt werden und somit keine Auswirkung auf die Qualität der Spannungs versorgung der angeschlossenen Verbraucher oder (Teil-) Bordnetze haben.

Sind zusätzlich integrierte Schaltelemente zur Absicherung der von der Span nungsquelle zu versorgenden Verbraucher oder Teilnetze bzw. Verbraucher gruppen vorgesehen, hat dies den Vorteil, dass die durch Verbraucher selbst o- der in deren Zuleitungen eventuell verursachten Fehlströme, bspw. durch Über last bzw. Kurzschluss gegen Karosserie bzw. Masse, durch dasselbe Koppel- /Trennelement bzw. denselben intelligenten Batterieanschluss detektiert und von dem restlichen (Teil-) Bordnetz getrennt bzw. isoliert werden können, was beim Einsatz eines konzentrierten Koppel-/Trennelements auch im Falle einer am posi- tiven Anschluss der Spannungsquelle realisierten sternpunktförmigen Verdrah tung der Verbraucher nicht möglich ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eventuell auftretende Fehlerströme, die bspw. durch Überlast bzw. Kurzschluss gegen Karosserie bzw. Masse in dem Leitungssegment zwischen den zu koppelnden (Teil-) Bordnetzen auftreten, durch die intelligenten Batterieanschlüsse detektiert und getrennt werden können. Dies kann redundant erfolgen, was beim Einsatz eines konzentrierten Koppel- /Trennelements ebenfalls nicht möglich ist. Ein konzentriertes Koppel- /Trennelement kann zwar den Spannungseinbruch detektieren und die zuvor ge koppelten Bordnetze trennen, es kann jedoch den Fehlerstrom, der eines der (Teil-)Bordnetze auch nach deren Trennung belastet, nicht trennen.

Durch ein optimales Positionieren des vorgestellten intelligenten Batteriean schlusses bzw. Koppelelements, das auch als eine Art elektronischer Siche rungskasten bzw. Stromverteiler dient, auf bzw. an dem Pluspol der Autobatterie, kann nicht nur der Aufwand für die Leistungskopplung weiter reduziert werden, sondern es können auch zusätzliche, nützliche Funktionen, wie bspw. eine Batte riezustandserfassung oder eine Batteriezellenverwaltung in dem vorgeschlage nen intelligenten Batterieanschluss integriert werden. Es ist an dieser Stelle auch auf die Integrationsmöglichkeit in das Batteriegehäuse zu erwähnen. Die Integra tionsmöglichkeit des intelligenten Batterieanschlusses bietet sich insbesondere bei Li- Ion- Batterien an.

Mit Hilfe von mehreren IBATs kann ein erweiterbares fehlertolerantes Leistungs netzwerk bzw. Bordnetz mit mehreren genau überwachten Leistungs- bzw. Bord netzkanälen einschließlich der automatischen rückwirkungsfreien Trennfunktion von fehlerhaften Verbrauchern in jedem Kanal und der automatischen rückwir kungsfreien Trennfunktion von gekoppelten Bordnetzkanälen einfach implemen tiert werden.

Der vorgestellte intelligente Batterieanschluss ermöglicht es insbesondere, Ver braucher oder Teilnetze bei Überspannung oder Unterspannung bzw. Überstrom rückwirkungsfrei, d. h. ohne Beeinträchtigung der Spannungsversorgung in dem restlichen zu schützenden (Teil-) Bordnetz, abzuschalten. Betriebsspannungs- grenzen der Verbraucher in dem zu schützenden (Teil-)Bordnetz und die Be triebsstromgrenzen der Leitungen in den fehlerbehafteten Teilnetzen werden so mit nicht verletzt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Ausführung eines fehlertoleranten Bordnetzes mit einem vor gestellten verteilten Koppel-/Trennelement mit erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Trennfunktion unter Verwendung von zwei vorgestellten intel ligenten Batterieanschlüssen.

Figur 2 zeigt zwei mittels eines konzentrierten Koppel-/Trennelements mit erhöh ten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Trennfunktion (Reihenschaltung von zwei bidirektional trennenden Schaltern) gekoppelte (Teil-)Bordnetze nach dem Stand der Technik.

Figur 3 zeigt zwei mittels eines konzentrierten Koppel-/Trennelements gekoppelte (Teil-) Bordnetze aus Figur 2, wobei die Auswirkung der durch die Schaltfunktion des Koppel-/Trennelements bedingten induktiven Spannungsüberschwingungen und Spannungsunterschwingungen auf die Verbraucher der gekoppelten (Teil- ) Bordnetze durch deren sternpunktmäßige Anbindung an die jeweilige Span nungsquelle, bspw. eine Batterie, minimiert wurde.

Figur 4 zeigt zwei (Teil-)Bordnetze aus Figur 3, die unter Verwendung von zwei vorgestellten intelligenten Batterieanschlüssen gekoppelt sind. Der erhöhten An forderung an die Zuverlässigkeit der Trennfunktion wurde durch die Reihenschal tung von zwei verteilten bidirektional trennenden Schaltern (verteiltes Koppelele- ment) Rechnung getragen. Durch die räumliche Aufteilung der Koppel- /Trennelemente wurde zusätzlich die Fehlertoleranz gegenüber den Massekurz schlüssen in dem die beiden (Teil-)Bordnetze verbindenden mittleren Leitungs abschnitt erreicht. Die sternpunktmäßige Anbindung der einzelnen Verbraucher bzw. Verbrauchergruppen an die Spannungsquelle (Batterie) des jeweiligen (Teil- ) Bordnetzes wurde schaltbar realisiert, wodurch diese einzeln überwacht und im Fehlerfall isoliert bzw. getrennt werden können. Die sternpunktmäßige Anbindung minimiert zusätzlich die Auswirkung der durch die Funktion der Schaltelemente bedingten induktiven Spannungsüber- und Unterschwingungen in den zu kop pelnden bzw. zu trennenden (Teil-)Bordnetzen.

Figur 5 zeigt zwei (Teil-)Bordnetze aus Figur 4, die unter Verwendung von zwei vorgestellten intelligenten Batterieanschlüssen gekoppelt sind, wobei die Fehler toleranz gegenüber den Massekurzschlüssen in dem die beiden (Teil-) Bordnetze verbindenden mittleren Leistungsabschnitt auch bei einfachen Fehlern in den ver teilten Koppelelementen erreicht wurde.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schema tisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt ein fehlertolerantes Bordnetz 2 bestehend aus zwei gekoppelten fehlertoleranten (Teil-) Bordnetzen 30, 40, wobei die Fehlertoleranz sowohl der (Teil-) Bordnetze 30, 40 als auch des gesamten Bordnetzes 2 durch den Einsatz von vorgestellten intelligenten Batterieanschlüssen erreicht wird, nämlich mit ei nem ersten Batterieanschluss 10 und einem zweiten Batterieanschluss 12. Die beiden Batterieanschlüsse 10, 12 können auch als intelligente Batterieanschlüs se bezeichnet werden. Der erste Batterieanschluss 10 ist für eine erste Batterie 20, hier bspw. eine Blei-Säure-Batterie, und der zweite Batterieanschluss 12 für eine zweite Batterie 22, hier bspw. eine Li- Ion- Batterie mit Einzelzellenkontaktie rungen oder BMS-Schnittstelle 65, vorgesehen. Weiterhin ist die erste Batterie 20 dem ersten Teilbordnetz 30 mit Verbrauchern 32, 34, 36 und die zweite Batterie 22 dem zweiten Teilbordnetz 40 mit Verbrauchern 42, 44, 46 zugeordnet. Die beiden Teilbordnetze 30, 40 können miteinander gekoppelt und voneinander ge trennt werden.

Zur Überwachung der ersten Batterie 20 sind ein Amperemeter 50, ein Voltmeter 52 und ein Temperatursensor 54 vorgesehen. Ensprechend sind zur Überwa chung der zweiten Batterie 22 ein Amperemeter 60, ein Voltmeter 62 (mit Mög lichkeit der Spannungserfassung einzelner Batteriezellen über die BMS- Schnittstelle 65) und ein Temperatursensor 64 vorgesehen. In den Batteriean schlüsse 10, 12 ist eine Reihe von Schaltelementen bzw. Schaltern vorgesehen, die bspw. als MOSFETs ausgebildet sind. Auf den Aufbau wird nachfolgend noch näher eingegangen.

Es können weiterhin ein Anlasser 21 mit flexiblen Anbindungspunkten 70, 71 und eine Behelfs- oder Haupt-Energiequelle 23, wie bspw. eine E-Maschine, ein Ge nerator oder ein DC/DC-Wandler oder ähnliches, mit flexiblen Einspeisepunkten 70, 71 oder in einem beliebigen Abschnitt der (Teil-)Bordnetze 30, 40 verbinden den Leitung 86 vorgesehen sein. Weiterhin sind Kommunikationsschnittstellen, wie z. B. CAN (74, 75), LIN (72, 73) usw., zur Kommunikation mit übergeordne ten Steuergeräten bereitgestellt. Weiterhin können Steuerschnittstellen oder Sig nalleitungen und eine BMS-Schnittstelle 65 vorgesehen sein.

Die vorgestellten Batterieanschlüsse 10, 12 können mehrere Funktionen in dem fehlertoleranten Bordnetz 2 erfüllen. So können diese sowohl zur Stromverteilung als auch zur Kopplung der (Teil-)Bordnetze 30, 40 eingesetzt werden. Die ge zeigten (Teil-)Bordnetze 30, 40 und die diese (Teil-) Bordnetze verbindende Lei tung 86 können auf diese Weise überwacht werden. Weiterhin können eine Bat- terie-Zustandserkennung/Battery State Detection (BZE/BSD) in Verbindung mit einem Batterieverwaltungssystem (BMS: Battery Management System) und/oder einer Batteriezellenverwaltung 65 vorgesehen sein. Insbesondere beim Verletzen der Betriebsspannungsgrenzen können (Teil-)Bordnetze voneinander oder Teil netze bzw. Verbrauchergruppen von der Spannungsquelle getrennt werden. Hierzu sind in dem ersten intelligenten Batterieanschluss 10 eine Reihe von Schaltelementen mit dazugehörigen Spannungs-, Strom- und Temperaturmess stellen 90, 92, 93, 94 und 95 und in dem zweiten intelligenten Batterieanschluss 12 ebenfalls eine Reihe von Schaltelementen mit dazugehörigen Spannungs-, Strom- und Temperaturmessstellen 80, 82, 83, 84 und 85 vorgesehen. Schalt elemente können zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit parallel oder zum Erzielen der bidirektionalen Trennfähigkeit, wie bspw. bei der Umsetzung mit Halbleiter schaltern, in Reihe geschaltet sein.

Von Bedeutung sind die flexiblen Einsatzmöglichkeiten des vorgestellten intelli genten Batterieanschlusses 10, 12 in unterschiedlichen Bordnetzausgestaltun gen, bspw. die Anbindung der Behelfs- oder Hauptenergiequelle, wie bspw. einer E-Maschine, eines Generators oder eines zentralen Gleichspannungswandlers oder die Anbindung eines Anlassers, in das in der Figur 1 skizzierte fehlertoleran te Bordnetz 2.

Figur 2 verdeutlicht die Ausgangssituation bei der Entwicklung und zeigt ein ers tes (Teil-)Bordnetz 102 und ein zweites (Teil-)Bordnetz 104, die über Leitungs segmente 140 mittels eines konzentrierten Koppel-/Trennelements 106 nach dem Stand der Technik zu koppeln sind.

In dem ersten (Teil-) Bordnetz 102 sind eine erste Batterie 110, eine erste Batte riezustandsüberwachung 112, ein erster erster Verbraucher Ri _,i ll4 und ein ers ter n-ter Verbraucher Ri _,n 116 vorgesehen. In dem zweiten (Teil-)Bordnetz 104 sind eine zweite Batterie 120, eine zweite Batteriezustandsüberwachung 122, ein zweiter erster Verbraucher R2 _,I 124 und ein zweiter n-ter Verbraucher R2 _,n 126 vorgesehen. Weiterhin sind in der Darstellung abstandsabhängige Schaltüber spannungsintensitäten 130 aufgrund parasitärer Induktivitäten und potentiell lan ge, ungeschützte Leitungssegmente 140 verdeutlicht.

Figur 3 zeigt ein erstes Teilbordnetz 202 und ein zweites Teilbordnetz 204, die über Leitungssegmente 240 mittels eines konzentrierten Koppel-/Trennelements 206 miteinander zu koppeln sind.

In dem ersten Teilbordnetz 202 sind eine erste Batterie 210, eine erste Batterie zustandsüberwachung 212, ein erster erster Verbraucher Ri _,i 214 und ein erster n-ter Verbraucher Ri _,n 216 vorgesehen. In dem zweiten Teilbordnetz 204 sind ei ne zweite Batterie 220, eine zweite Batteriezustandsüberwachung 222, ein zwei ter erster Verbraucher R2 _,I 224 und ein zweiter n-ter Verbraucher R2 _,n 226 vorge- sehen. Weiterhin sind in der Darstellung die durch die Schaltfunktion des Kop pelelements 206 bedingten induktiven Spannungsüberschwingungen und Span nungsunterschwingungen 230, die zwischen Energiespeichern mit geringer Im pedanz arretiert sind, wodurch ihre Auswirkung auf die Verbraucher der gekop pelten (Teil-)Bordnetze minimiert ist, und potentiell lange, ungeschützte Leitungs segmente 240 verdeutlicht. Weiterhin ist zu beachten, dass das Koppelelement 206 quasi blind gegenüber Fehlerströmen in den Bereichen 250 ist.

Es wird deutlich, dass die in Figuren 2 und 3 gezeigten Koppelelemente 106, 206 als konzentrierte Einheiten ausgebildet sind.

Figur 4 zeigt zwei Teilbordnetze 302, 304, die unter Verwendung von zwei vorge stellten intelligenten Batterieanschlüssen 330, 332 über das Leitungssegment 360 gekoppelt sind. In dem ersten Teilbordnetz 302 sind eine erste Batterie 310, eine erste Batteriezustandsüberwachung 312, ein erster erster Verbraucher Ri _,i 314 und ein erster n-ter Verbraucher Ri _,n 316 vorgesehen. In dem zweiten Teil bordnetz 304 sind eine zweite Batterie 320, eine zweite Batteriezustandsüberwa chung 322, ein zweiter erster Verbraucher R _2,I 324 und ein zweiter n-ter Verbrau cher R _2,n 326 vorgesehen.

Der erste intelligente Batterieanschluss 330 ist dem ersten Teilbordnetz 302 zu geordnet, der zweite intelligente Batterieanschluss 332 ist dem zweiten Teilbord netz 304 zugeordnet. In dem ersten Batterieanschluss 330 sind Schalter bzw. Schaltelemente vorgesehen, nämlich ein erster MOSFET 340, ein zweiter MOSFET 342, ein dritter MOSFET 344 und ein vierter MOSFET 346. Der erste MOSFET 340 und der zweite MOSFET 342 sind parallel zueinander angeordnet. Der dritte MOSFET 344 und der vierte MOSFET 346 sind in Reihe zueinander und zwar gegengerichtet, bspw.„back-to-back“ oder mit gemeinsamen Source- Anschluss, angeordnet. Weiterhin wird die sternpunktförmige Verbindung zwi schen dem ersten MOSFET 340, dem zweiten MOSFET 342 und dem dritten MOSFET 344 als Schaltelemente mit Verbindung zum Pluspol der ersten Batterie 310 deutlich.

In dem zweiten Batterieanschluss 332 sind Schalter bzw. Schaltelemente vorge sehen, nämlich ein erster MOSFET 350, ein zweiter MOSFET 352, ein dritter MOSFET 354 und ein vierter MOSFET 355. Der erste MOSFET 350 und der zweite MOSFET 352 sind parallel zueinander angeordnet. Der dritte MOSFET 354 und der vierte MOSFET 355 sind in Reihe zueinander und zwar gegenge richtet, bspw.„back-to-back“ oder mit gemeinsamen Source- Anschluss, ange ordnet. Weiterhin wird die sternpunktförmige Verbindung zwischen dem ersten MOSFET 350, dem zweiten MOSFET 352 und dem vierten MOSFET 355 als Schaltelemente mit Verbindung zum Pluspol der zweiten Batterie 320 deutlich.

Anstelle von MOSFETs können bspw. auch Relais, Bipolartransistoren oder IG- BTs mit Paralleldioden usw. verwendet werden.

Die Darstellung zeigt weiterhin geschützte Netzwerkverbindungen 360 und ver deutlicht verteilte Schaltelemente 370, die das resultierende verteilte Koppel- /Trennelement mit erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Trennfunk tion ausbilden, geschützte Netzwerkbereiche 380 und Schaltüberspannungen 330, die zwischen Energiespeichern mit geringer Impedanz arretiert sind.

Figur 5 zeigt zwei Teilbordnetze 402, 404, die unter Verwendung von zwei vorge stellten intelligenten Batterieanschlüssen 430, 432 über das Leitungssegment 460 gekoppelt sind. In dem ersten Teilbordnetz 402 sind eine erste Batterie 410, eine erste Batteriezustandsüberwachung 412, ein erster erster Verbraucher Ri _,i 414 und ein erster n-ter Verbraucher Ri _,n 416 vorgesehen. In dem zweiten Teil bordnetz 404 sind eine zweite Batterie 420, eine zweite Batteriezustandsüberwa chung 422, ein zweiter erster Verbraucher R _2,I 424 und ein zweiter n-ter Verbrau cher R _2,n 426 vorgesehen.

Der erste intelligente Batterieanschluss 430 ist dem ersten Teilbordnetz 402 zu geordnet, der zweite intelligente Batterieanschluss 432 ist dem zweiten Teilbord netz 404 zugeordnet. In dem ersten Batterieanschluss 430 sind Schalter bzw. Schaltelemente vorgesehen, nämlich ein erster MOSFET 440, ein zweiter MOSFET 442, ein dritter MOSFET 444 und ein vierter MOSFET 446. Der erste MOSFET 440 und der zweite MOSFET 442 sind parallel zueinander angeordnet. Der dritte MOSFET 444 und der vierte MOSFET 446 sind in Reihe zueinander und zwar gleichgerichtet angeordnet. Weiterhin wird die sternpunktförmige Ver bindung zwischen dem ersten MOSFET 440, dem zweiten MOSFET 442 und dem driten MOSFET 444 als Schaltelemente mit Verbindung zum Pluspol der ersten Baterie 410 deutlich.

In dem zweiten Baterieanschluss 432 sind Schalter bzw. Schaltelemente vorge sehen, nämlich ein erster MOSFET 450, ein zweiter MOSFET 452, ein driter MOSFET 454 und ein vierter MOSFET 456. Der erste MOSFET 450 und der zweite MOSFET 452 sind parallel zueinander angeordnet. Der drite MOSFET 454 und der vierte MOSFET 456 sind in Reihe zueinander und zwar gleichgerich tet angeordnet. Weiterhin wird die sternpunktförmige Verbindung zwischen dem ersten MOSFET 450, dem zweiten MOSFET 452 und dem vierten MOSFET 456 als Schaltelemente mit Verbindung zum Pluspol der zweiten Baterie 420 deut lich.

Die Darstellung zeigt weiterhin geschützte Netzwerkverbindungen 460 und ver deutlicht verteilte Schaltelemente 470, die das resultierende verteilte Koppel- /Trennelement mit erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Trennfunk tion ausbilden, geschützte Netzwerkbereiche 480 und Schaltüberspannungen 490, die zwischen Energiespeichern mit geringer Impedanz arretiert sind.

Zu berücksichtigen ist, dass durch die besonders hervorzuhebende gleichgerich tete Anordnung der die verteilten Schaltelemente 470 ausbildenden Schaltele mente (hier MOSFETs) eine verbesserte Fehlertoleranz gegenüber den Masse kurzschlüssen in dem die beiden (Teil-)Bordnetze verbindenden mitleren Lei tungsabschnit 460 erreicht wird, die einfache Fehler in den Schaltelementen 470 zu lässt.