DE102011011800B4

DE102011011800B4 - Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug sowie entsprechende Vorrichtung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011011800B4
Application number: DE102011011800.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Carsten Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-02-19
Filing date: 2011-02-19
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2031-02-20
Also published as: DE102011011800A1

Abstract

Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug (10), wobei ein Spannungsnetz (1) des Fahrzeugs (10) durch mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) mit Spannung versorgt wird,
wobei der mindestens eine erste Energiespeicher einen Hochvolt-Energiespeicher (4) und einen Niedervolt-Energiespeicher (3) umfasst,
wobei der Hochvolt-Energiespeicher (4) über mindestens einen Gleichspannungswandler (5; 15) zur Energieversorgung eines Niedervoltnetzes (1) mit dem Niedervoltnetz (1) gekoppelt ist,
wobei eine durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) bewirkte Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) überwacht wird,
wobei ein zweiter Energiespeicher (6) zur Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) nur dann hinzugeschaltet wird, wenn bei der Überwachung erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) gestört ist, wobei dies dann der Fall ist, wenn der Hochvoltenergiespeicher (4) oder der Gleichspannungswandler (5; 15) einen Defekt aufweist, und
wobei das Spannungsnetz das Niedervoltnetz (1) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um in einem Fahrzeug insbesondere in einem Notfall die Spannungsversorgung aufrecht zu erhalten sowie eine entsprechend ausgestaltete Vorrichtung und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
Die DE 102 51 589 A1 beschreibt ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit zwei Teilbordnetzen, in denen jeweils eine Batterie zur Verfügung steht. Ein Verbraucher wird über die beiden Teilbordnetze mit verschiedenen Versorgungsspannungen versorgt. Dabei ist der Verbraucher abhängig vom Ladezustand der Batterien an das leistungsfähigere Teilbordnetz angeschlossen.
Die DE 10 2005 004 330 A1 offenbart ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem Basisbordnetz mit einer Batterie und ein Zusatzbordnetz mit zwei Batterien. Die Versorgung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers erfolgt im Fehlerfall des Basisbordnetzes mit Hilfe der Batterien des Zusatzbordnetzes.
Die DE 10 2008 010 979 A1 beschreibt ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem Basisbordnetz mit einer Batterie und ein Teilnetz mit einer Hilfsbatterie, welches über einen Spannungswandler an das Basisbordnetz abgeschlossen ist. Tritt ein Kurzschluss im Spannungswandler auf, wird ein Schalter geöffnet, um den Spannungswandler vom Teilnetz zu trennen, und ein Verbraucher wird zumindest kurzzeitig durch die Hilfsbatterie versorgt.
Die DE 100 20 302 A1 offenbart ein Kraftfahrzeugbordnetz, welches eine Batterie, einen Verbraucher und einen dem Verbraucher zugeordneten Kurzzeit-Energiespeicher umfasst. Der Verbraucher und der Kurzzeit-Energiespeicher sind in einem Teilbordnetz angeordnet, welches durch einen Gleichspannungswandler mit dem übrigen Kraftfahrzeugbordnetz verbunden ist. In dem Teilbordnetz ist eine Notbatterie angeordnet, die einerseits bei Defekt des Gleichspannungswandlers oder des Kraftfahrzeugbordnetzes die Grundlastversorgung des Verbrauchers und die andererseits kurzzeitig durch den Gleichspannungswandler und den Kurzzeit-Energiespeicher nicht abgedeckte Energiebeiträge übernimmt.
Die DE 10 2007 029 025 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem ersten Bordnetzzweig, der einen ersten Verbraucher und eine parallel dazu geschaltete Spannungsquelle enthält, mit einem zweiten Bordnetzzweig, der einen zweiten Verbraucher und einen parallel dazu schaltbaren Kondensator enthält, mit einem Gleichspannungswandler, durch den der erste Bordnetzzweig mit dem zweiten Bordnetzzweig koppelbar ist, und mit einem parallel zum Gleichspannungswandler geschalteten Schalter, durch den im geschlossenen Schaltzustand der Gleichspannungswandler überbrückt wird. Bei einem starken Spannungseinbruch im ersten Bordnetzzweig wird der Schalter geöffnet, damit sich der Spannungseinbruch nicht auf den zweiten Bordnetzzweig auswirkt.
Die US 2004/0112320 A1 offenbart ein Kraftfahrzeugnetz, welches zwei Batterien (eine mit 36 V und eine mit 12 V Nennspannung) und einen Doppelschicht-Kondensator umfasst. Dabei sind die Batterien und der Doppelschicht-Kondensator über Gleichspannungswandler miteinander verbunden, um Spannungsschwankungen auszugleichen.
Die EP 1 013 506 A2 beschreibt ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Gleichspannungswandler mit nachgeschaltetem Superkondensator. Bei bestimmten Betriebsbedingungen wird die in diesem Superkondensator gespeicherte Energie dem Bordnetz zur Verfügung gestellt.
Die DE 102 14 498 A1 offenbart zwei Niederspannungsbatterien, welche jeweils mit einem Schalter mit Verbrauchern verbunden sind.
Die DE 10 2009 043 878 A1 beschreibt ein Verfahren, um eine Energieversorgung eines Energiespeichers eines Bordnetzes kurzfristig zu unterstützen, indem ein Kondensator zugeschaltet wird.
Die EP 1 810 861 B1 beschreibt ein Fahrzeugantriebssystem, bei welchem zwei Energiespeichersysteme abhängig von Strom- und Spannungssensoren gesteuert werden.
Die EP 1 366 948 A1 offenbart ein Hybrid-Spannungsversorgungssystem, welches einen Doppelschichtkondensator, einen Energiespeicher und zwei Gleichspannungswandler umfasst. Dabei ist der Doppelschichtkondensator über einen Gleichspannungswandler mit einer Last und über den zweiten Gleichspannungswandler mit dem Energiespeicher verbunden.
Die DE 102 20 939 A1 beschreibt ein Verfahren um einen Gleichspannungsumsetzer, über welchen ein Hochspannungsbatterieblock mit einem Niedrigspannungsbatterieblock verbunden ist, zu steuern.
Die EP 1 360 090 B1 offenbart ein Kraftfahrzeug-Bordnetz, wobei ein AC/DC-Wandler einen Doppelschichtkondensator und einen Akkumulator auflädt.
Die DE 103 05 058 B3 beschreibt eine Energieversorgungsschaltung für ein Bordnetz mit einem Starter-Generator, einer Leistungselektronik, einer Batterie, einem dynamischen Energiespeicher und einem Gleichspannungswandler.
Das Bordnetz für Fahrzeuge nach dem Stand der Technik, bei welchen ein Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird, ist typischerweise in ein Hochvoltnetz (z. B. Spannungsbereich 100 bis 800 V) und in ein Niedervoltnetz (z. B. Spannungsbereich 9–15 V, bei LKWs bis 24 V) unterteilt. Wie in 1 dargestellt ist, ist das Hochvoltnetz 2 über einen Gleichspannungswandler 5 mit dem Niedervoltnetz 1 verbunden. Mittels des Hochvoltnetzes 2 werden verschiedene Hochvolt-Verbraucher, wie beispielsweise ein Elektromotor 13, ein Klimakompressor 14 oder eine PTC-Heizvorrichtung (”positive temperature coefficient”), mit Energie versorgt, welche typischerweise von einer leistungsfähigen Hochvolt-Batterie 4 und/oder einem Generator geliefert wird. Das Niedervoltnetz 1 versorgt verschiedene Niedervolt-Verbraucher, wie beispielsweise Steuergeräte mit Energie, wobei diese Steuergeräte in Steuergeräte für Komfortfunktionen und Steuergeräte für sicherheitsrelevante Funktionen unterteilt werden können. Zu den Komfortfunktionen zählen beispielsweise eine Insassenschnittstelle (HMI (”Human Machine Interface”)), eine Scheibenheizung, eine Innenraumbeleuchtung 11 oder ein elektrischer Fensterheber, wohingegen eine elektromechanische Lenkung, ein Bremskraftverstärker 12 oder auch ein Scheinwerfer zu den sicherheitsrelevanten Funktionen gezählt werden. Über den bereits erwähnten Gleichspannungswandler 5 wird das Niedervoltnetz 1 und damit auch ein Niedervolt-Energiespeicher 3 mit Spannung aus dem Hochvoltnetz 2 versorgt.
Um auch im Fehlerfall, wenn die Spannungsversorgung mit Hilfe des Hochvoltnetzes nicht mehr gegeben ist, noch sicherheitskritische Funktionen wie die elektromechanische Lenkung oder die Bremskraftunterstützung 12 sicherzustellen, ist der Niedervolt-Energiespeicher 3 derart ausgelegt, dass er die dafür notwendige Energie eine gewisse Zeit lang bereitstellen kann. Darüber hinaus ist der Niedervolt-Energiespeicher in der Lage, im Normalbetrieb einen bestimmten Spitzenstrom aufzubringen oder auszugleichen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Konzept zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugs mit Hochvoltnetz bereitzustellen, so dass der Niedervolt-Energiespeicher kleiner und leichter ausgelegt werden kann, ohne dass es dabei zu Einschränkungen bei den sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeugs im Fehlerfall kommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Spannungsversorgung nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 4 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird das Spannungsnetz des Fahrzeugs durch mehrere erste Energiespeicher mit Spannung versorgt. Eine Energieversorgung des Spannungsnetzes mittels der ersten Energiespeicher wird überwacht. Ein zweiter Energiespeicher wird zur Energieversorgung des Spannungsnetzes nur dann hinzugeschaltet, wenn bei dieser Überwachung erkannt wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes über die ersten Energiespeicher gestört ist.
Da es sich bei dem Spannungsnetz um das Niedervoltnetz eines Fahrzeugs handelt und da die ersten Energiespeicher sowohl einen Hochvolt-Energiespeicher als auch einen Niedervolt-Energiespeicher umfassen, kann der Niedervolt-Energiespeicher für den Normalbetrieb ein sehr viel kleinerer Energiespeicher mit einem sehr viel kleineren Energiegehalt sein, als dies heutzutage nach dem Stand der Technik der Fall ist. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der Niedervolt-Energiespeicher nur den Spitzenstrom abdecken muss, da er sich um den Fehlerfall, dass das Spannungsnetz bzw. Niedervoltnetz nicht mehr mit Spannung versorgt wird, nicht zu kümmern braucht. Entweder wird das Niedervoltnetz (und damit auch der Niedervolt-Energiespeicher) durch den Hochvolt-Energiespeicher über einen Gleichspannungswandler mit Spannung versorgt oder, wenn diese Energieversorgung mittels des Hochvolt-Energiespeichers gestört ist, dann wird das Niedervoltnetz von dem zweiten Energiespeicher mit Spannung versorgt. Auch der zweite Energiespeicher kann, da er nur im Notfall eingesetzt wird, sehr klein und preiswert ausgelegt werden, da er beispielsweise nicht wiederaufladbar sein muss oder zumindest nicht für so viele Ladezyklen wie der normalerweise eingesetzte Niedervolt-Energiespeicher ausgelegt sein muss.
Die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch den mindestens einen ersten Energiespeicher gilt dann als gestört, wenn die Energieversorgung des Niedervoltnetzes durch den Hochvolt-Energiespeicher gestört ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Hochvolt-Energiespeicher oder der Gleichspannungswandler einen Defekt aufweist.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil (besser alle) von dem Spannungsnetz versorgten Verbraucher, welche keine sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeugs ausüben, deaktiviert werden, wenn erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes mittels des mindestens einen ersten Energiespeichers gestört ist. Diese Deaktivierung betrifft insbesondere die vom Niedervoltnetz versorgten Verbraucher und dient der Reduzierung des notwendigen elektrischen Energieverbrauchs. Je geringer dieser notwendige elektrische Energieverbrauch ist, desto geringer kann die von dem zweiten Energiespeicher zu speichernde elektrische Ladung sein.
Ein Verbraucher sollte auch im Notfall, wenn eine Störung der Energieversorgung durch die ersten Energiespeicher (insbesondere Hochvolt-Energiespeicher) erfasst wird, weiterhin mit Spannung versorgt werden, wenn er eine sicherheitsrelevante Funktion für das Fahrzeug ausübt. Folgende Funktionen werden insbesondere als sicherheitsrelevant eingestuft:

• Eine Unterstützung einer elektromechanischen Lenkung des Fahrzeugs.
• Eine Unterstützung eines Bremskraftverstärkers des Fahrzeugs.
• Eine Beleuchtungsfunktion (insbesondere eine Warnblinkerfunktion) des Fahrzeugs.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung mehrere erste Energiespeicher, um ein Spannungsnetz des Fahrzeugs mit Spannung zu versorgen. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Steuerung und einen zweiten Energiespeicher, welcher zur Energieversorgung des Spannungsnetzes hinzugeschaltet werden kann. Die Steuerung ist derart ausgestaltet, dass sie die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher überwacht. Nur wenn die Steuerung bei dieser Überwachung erfasst, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher gestört ist, schaltet die Steuerung den zweiten Energiespeicher zur Energieversorgung des Spannungsnetzes hinzu.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Die Vorrichtung kann auch einen Gleichspannungswandler umfassen, mittels welchem der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden werden kann.
Indem der zweite Energiespeicher über einen Gleichspannungswandler mit dem Spannungsnetz in Verbindung steht, können vorteilhafterweise auch Energiespeicher-Typen, wie beispielsweise Doppelschichtkondensatoren (DLCs (”Double Layer Capacitor”)), als zweiter Energiespeicher oder Notfall-Energiespeicher eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Vorrichtung ein Dämpfungselement umfasst, mittels welchem der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden wird. Dieses Dämpfungselement ist zur Dämpfung von Spannungsspitzen und Stromspitzen des Spannungsnetzes ausgestaltet.
Indem der zweite Energiespeicher vorteilhafterweise über das Dämpfungselement mit dem Spannungsnetz in Verbindung steht, muss der zweite Energiespeicher nur zur Bewältigung von geringen Strom- und/oder Spannungsspitzen ausgelegt sein, da höhere Strom- und/oder Spannungsspitzen von dem Dämpfungselement entsprechend gedämpft werden. Solche Strom- und/oder Spannungsspitzen treten beispielsweise auf, wenn Verbraucher, welche von dem Spannungsnetz versorgt werden, eingeschaltet oder ausgeschaltet werden.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Schalter, über welchen der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden oder von diesem getrennt werden kann. Nur wenn die Steuerung erfasst, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher gestört ist, schaltet die Steuerung den Schalter derart, dass der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden ist. Dagegen wird der zweite Energiespeicher im Normalbetrieb (d. h. die ersten Energiespeicher versorgen das Spannungsnetz mit Energie) durch den Schalter im Regelfall vom Spannungsnetz getrennt.
Dadurch ist der zweite Energiespeicher vorteilhafterweise nur im Fehlerfall (d. h. bei einer Störung der Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher) mit dem Spannungsnetz verbunden. Wenn ein solcher Fehlerfall nur selten auftritt, kann als zweiter Energiespeicher auch ein preiswerter Einmal-Energiespeicher (z. B. ein nicht aufladbarer Energiespeicher) eingesetzt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge geeignet, welche zum Antrieb einen Elektromotor umfassen, also beispielsweise für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeug. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell auch bei Fahrzeugen ohne Elektromotor zum Antrieb oder auch bei Schiffen, Flugzeugen und gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist auch der Einsatz der vorliegenden Erfindung außerhalb eines Fortbewegungsmittels, beispielsweise im Haushalt zur Spannungsversorgung wichtiger Komponenten, denkbar.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist die Spannungsversorgung eines Spannungsnetzes eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik dargestellt.
In 2 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung eines Spannungsnetzes eines Fahrzeugs dargestellt.
In 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung eines Spannungsnetzes eines Fahrzeugs dargestellt.
In 4 ist eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung eines Spannungsnetzes eines Fahrzeugs dargestellt.
In 5 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Wie bereits vorab mit Bezug zu 1 erläutert wurde, wird das Niedervoltnetz 1 durch das Hochvoltnetz 2 mit Energie versorgt. Um die Energieversorgung des Niedervoltnetzes 1 sicherer auszugestalten, kann erfindungsgemäß auch ein weiterer Gleichspannungswandler vorhanden sein, um den Hochvolt-Energiespeicher 4 direkt mit dem Niedervoltnetz 1 zu verbinden. Da dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Energieversorgung des Niedervoltnetzes 1 durch das Hochvoltnetz, besser durch den Hochvolt-Energiespeicher 4, weiter reduziert wird, kann vorteilhafterweise der Niedervolt-Energiespeicher 3 signifikant verkleinert werden, da er nur im äußersten Notfall (z. B. beim Ausfall beider Gleichspannungswandler) ohne Energieversorgung aus dem Hochvoltnetz 2 arbeiten muss. Dadurch ist vorteilhafterweise auch der Einsatz anderer Typen für den Niedervolt-Energiespeicher 3, wie beispielsweise Doppelschicht-Kondensatoren (z. B. Ultracaps), Hybrid-Doppelschichtkondensatoren (z. B. eine Kombination einer Lithium-Ionen-Batterie und eines Doppelschichtkondensators) oder Lithium-Ionen-Batterien, möglich.
Allerdings sollte auch in diesem Fall die Energieversorgung des Niedervoltnetzes 1 derart dimensioniert sein, dass im Notfall (d. h. wenn das Niedervoltnetz 1 nicht mehr von dem Hochvoltnetz 2 versorgt werden kann) alle sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeugs betriebsbereit bleiben, bis sich das Fahrzeug in einem sicheren Zustand befindet. Dabei kann als ein sicherer Zustand zum einen ein im Stillstand befindliches Fahrzeug angesehen werden, zum anderen ist es allerdings auch möglich, dass ein sicherer Zustand eine aktive Warnblinkfunktion des Fahrzeugs umfasst. Mit anderen Worten muss im ersten Fall eine Energieversorgung für das Niedervoltnetz 1 im Notfall bereitgestellt werden, so dass sicherheitsrelevante Funktionen (z. B. Bremse und Lenkung) so lange mit Energie versorgt werden, bis sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, wobei im letzteren Fall zusätzlich noch die Energie zur Versorgung der Warnblinkfunktion über eine bestimmte Zeitdauer hinweg bereitgestellt werden muss.
Für die Auslegung eines oder mehrerer Energiespeicher für das Niedervoltnetz 1 ist zum einen ein im Normalbetrieb abzudeckender Spitzenstrom und zum anderen der notwendige Energiebedarf zur Überführung des Fahrzeugs in den sicheren Fahrzeugzustand zu berücksichtigen.
Zur Erfüllung des ersten Kriteriums (im Normalbetrieb abzudeckender Spitzenstrom) wird nur ein Energiespeicher mit geringem Energiegehalt benötigt, welcher vor allem in der Lage ist, kurzzeitige hohe Spitzenströme auszugleichen. Das zweite Kriterium (Deckung des Energiebedarfs zur Überführung in den sicheren Fahrzeugzustand) erfordert jedoch einen Energiespeicher mit einem höheren Energiegehalt. Da der Niedervolt-Energiespeicher nach dem Stand der Technik beide Kriterien erfüllt, weist er nachteiligerweise ein hohes Gewicht sowie einen hohen Platzbedarf auf und ist sowohl in der Herstellung als auch hinsichtlich seiner Wartungskosten teuer.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist nun, zwei Energiespeicher zur Energieversorgung des Niedervoltnetzes 1 im Normalbetrieb und im Notfall (d. h. beim Ausfall der Energieversorgung des Niedervoltnetzes 1 durch das Hochvoltnetz 2) einzusetzen. Dabei erfüllt der eine Energiespeicher das erste Kriterium (deckt also im Normalbetrieb den Spitzenstrom ab), und der andere Energiespeicher weist einen Energiegehalt auf, welcher groß genug ist, um insbesondere nur im Notfall das Fahrzeug in den sicheren Fahrzeugzustand zu überführen.
In 2 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung eines Spannungsnetzes, in diesem Fall eines Niedervoltnetzes 1, dargestellt. Im Vergleich zu der Spannungsversorgung nach dem Stand der Technik (siehe 1) existiert bei dieser Spannungsversorgung zum einen parallel zu dem Gleichspannungswandler 5 ein weiterer Gleichspannungswandler 15, mit welchem der Hochvolt-Energiespeicher 4 direkt mit dem Niedervoltnetz 1 verbunden ist. Darüber hinaus sind zusätzlich eine Steuerung 7, ein Notenergiespeicher 6 und ein Schalter 8 vorhanden. Die Steuerung 7 erfasst Informationen sowohl des Gleichspannungswandlers 5 als auch des weiteren Gleichspannungswandlers 15, so dass die Steuerung 7 in der Lage ist, einen Ausfall beider Gleichspannungswandler 5, 15 zu erkennen. Wird durch die Steuerung 7 ein Notfall erkannt (beispielsweise der Ausfall beider Gleichspannungswandler 5, 15) wird der Notenergiespeicher 6 über den Schalter 8 zugeschaltet, so dass das Niedervoltnetz 1 nun zusätzlich zu dem Niedervolt-Energiespeicher 3 von dem Notenergiespeicher 6 mit Energie versorgt wird.
Darüber hinaus steht die Steuerung 7 mit nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern (beispielsweise der Innenraumbeleuchtung 11 und dem Radio 17) in Verbindung. Dadurch ist die Steuerung 7 in der Lage, in einem Notfall diese nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher 11, 17 zu deaktivieren, um den Strombedarf im Notfall weiter zu reduzieren.
Da der Niedervolt-Energiespeicher 3 Spitzenspannungen und Spitzenströme ausgleicht, kann der Notenergiespeicher 6 für einen durchschnittlichen Notfallstromverbrauch ausgelegt werden. Mit anderen Worten kann der Notenergiespeicher 6 vorteilhafterweise mit einer entsprechend geringeren Energiekapazität ausgelegt werden, da er keine Spitzenspannungen oder Spitzenströme versorgen oder ausgleichen muss. Darüber hinaus kann als Notenergiespeicher 6 ein kostengünstiger Primärenergiespeicher (beispielsweise ein nicht aufladbarer Energiespeicher) eingesetzt werden, da davon auszugehen ist, dass der vorab beschriebene Notfall äußerst selten auftritt und folglich auch ein Ersetzen des Notenergiespeichers nach einem solchen Notfall zumutbar erscheint.
Des Weiteren ist es denkbar, die Steuerung 7 derart auszulegen, dass sie nach dem Stillstand des Fahrzeugs im Notfall (d. h. dem Ausfall beider Gleichspannungswandler 5, 15) weitere sicherheitsrelevante Verbraucher, zum Beispiel den Bremskraftverstärker oder die elektromechanische Lenkung deaktiviert, so dass nur noch im Stillstand benötigte sicherheitsrelevante Verbraucher, beispielsweise die Warnblinkleuchten und/oder Telekommunikationseinrichtungen, aktiviert sind. Dadurch kann der Stromverbrauch des Notenergiespeichers weiter reduziert werden.
Der Energiegehalt des Notenergiespeichers 6 kann im Normalbetrieb je nach Typ des eingesetzten Notenergiespeichers 6 (z. B. durch Nachladen) durch die Steuerung 7 oder durch andere Steuermittel (nicht dargestellt) sichergestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass es erfindungsgemäß ebenfalls möglich ist, dass mehr als ein Notenergiespeicher vorhanden ist. Durch jeden weiteren Notenergiespeicher entsteht eine zusätzliche Redundanz, wodurch die Gesamtsystemausfallsicherheit weiter erhöht wird. Sind mehrere Notenergiespeicher vorhanden, so kann beispielsweise einer oder mehrere dieser Notenergiespeicher auch dann zugeschaltet werden, wenn im Normalbetrieb der Niedervolt-Energiespeicher 3 einen Fehler aufweist, um durch dieses Zuschalten den potentiellen Gesamtspitzenstrom im Niedervoltnetz 1 entsprechend zu erhöhen.
In 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung für ein Fahrzeug dargestellt. Im Vergleich zu der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform weist die Spannungsversorgung in 3 anstelle eines Schalters 8 einen Gleichspannungswandler 25 auf, über welchen der Notenergiespeicher 6 mit dem Niedervoltnetz 1 gekoppelt ist. Dabei kann der Gleichspannungswandler 25 schaltbar aufgebaut sein, so dass die Steuerung 7 in der Lage ist, den Notenergiespeicher 6 über den Gleichspannungswandler 25 nur im Notfall mit dem Niedervoltnetz 1 zu verbinden.
Durch den Einsatz eines Gleichspannungswandlers zur Ankopplung des Notenergiespeichers 6 an das Niedervoltnetz 1 kommen als Energiespeicher auch Typen, wie z. B. ein Doppelschichtkondensator, infrage, welche ohne Gleichspannungswandler 25 nicht sinnvoll zur Spannungsversorgung eines Niedervoltnetzes 1 im Fahrzeug eingesetzt werden können.
In 4 ist eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsversorgung für ein Fahrzeug dargestellt. Im Vergleich zur ersten und zur zweiten Ausführungsform ist bei der dritten Ausführungsform der Notenergiespeicher 6 dauerhaft über ein Dämpfungselement 16 mit dem Niedervoltnetz 1 verbunden. Dieses Dämpfungselement 16 dämpft anfallende Spannungs- oder Stromspitzen im Niedervoltnetz 1 und ermöglicht dadurch vorteilhafterweise einen Notenergiespeicher 6, welcher nur zur Versorgung eines durchschnittlichen Energiebedarfs ausgelegt ist.
Schließlich zeigt 5 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zur Spannungsversorgung des Fahrzeugs 10 umfasst ihrerseits eine Steuerung 7 und einen Notenergiespeicher 6.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:

• Das Vorhandensein eines Notenergiespeichers reduziert das Gesamtgewicht, das Gesamtvolumen und die Gesamtkosten zur Spannungsversorgung eines Niedervoltnetzes in einem Fahrzeug.
• Das Vorhandensein eines Notenergiespeichers erhöht die Gesamtsystemausfallsicherheit des Fahrzeugs.
• Je nach Einsatzart des Notenergiespeichers (wird nur im Notfall zugeschaltet oder ist mittels eines Gleichspannungswandlers zugeschaltet) kann im Vergleich zum normalen Niedervolt-Energiespeicher ein sehr preisgünstiger Energiespeicher eingesetzt werden.
• Je nach Art des eingesetzten Notenergiespeichers können auch die Wartungskosten entsprechend gesenkt werden.

Claims

Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug (10), wobei ein Spannungsnetz (1) des Fahrzeugs (10) durch mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) mit Spannung versorgt wird, wobei der mindestens eine erste Energiespeicher einen Hochvolt-Energiespeicher (4) und einen Niedervolt-Energiespeicher (3) umfasst, wobei der Hochvolt-Energiespeicher (4) über mindestens einen Gleichspannungswandler (5; 15) zur Energieversorgung eines Niedervoltnetzes (1) mit dem Niedervoltnetz (1) gekoppelt ist, wobei eine durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) bewirkte Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) überwacht wird, wobei ein zweiter Energiespeicher (6) zur Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) nur dann hinzugeschaltet wird, wenn bei der Überwachung erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) gestört ist, wobei dies dann der Fall ist, wenn der Hochvoltenergiespeicher (4) oder der Gleichspannungswandler (5; 15) einen Defekt aufweist, und wobei das Spannungsnetz das Niedervoltnetz (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung eines elektrischen Energieverbrauchs zumindest ein Teil der von dem Spannungsnetz (1) versorgten. Verbraucher (11, 17), welche keine zur Sicherheit beitragende Funktion aufweisen, deaktiviert werden, wenn erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) gestört ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbraucher (12) eine zur Sicherheit beitragende Funktion aufweist, wenn der Verbraucher (12) zumindest eine von folgenden Funktionen aufweist: • eine Unterstützung einer Lenkung des Fahrzeugs (10), • eine Unterstützung eines Bremsens des Fahrzeugs (10), und • eine Warnblinkfunktion des Fahrzeugs (10).
Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugs (10), wobei die Vorrichtung (20) mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) zum Versorgen eines Spannungsnetzes (1) des Fahrzeugs (10) mit Spannung umfasst, wobei der mindestens eine erste Energiespeicher einen Hochvolt-Energiespeicher (4) und einen Niedervolt-Energiespeicher (3) umfasst, wobei der Hochvolt-Energiespeicher (4) über mindestens einen Gleichspannungswandler (5; 15) zur Energieversorgung eines Niedervoltnetzes (1) mit dem Niedervoltnetz (1) gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung (20) eine Steuerung (7) und einen zweiten Energiespeicher (6) umfasst, wobei der zweite Energiespeicher (6) zur Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) hinzuschaltbar ist, wobei die Steuerung (7) zur Überwachung einer Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) ausgestaltet ist, wobei die Steuerung (7) ausgestaltet ist, den zweiten Energiespeicher (6) zur Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) nur dann hinzuzuschalten, wenn die Steuerung (7) erfasst, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) gestört ist, wobei dies dann der Fall ist, wenn der Hochvoltenergiespeicher (4) oder der Gleichspannungswandler (5; 15) einen Defekt aufweist, und wobei das Spannungsnetz das Niedervoltnetz (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) einen Gleichspannungswandler (25) umfasst, über welchen der zweite Energiespeicher (6) mit dem Spannungsnetz (1) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Dämpfungselement (16) umfasst, über welches der zweite Energiespeicher (6) mit dem Spannungsnetz (1) verbindbar ist, und dass das Dämpfungselement (16) zur Dämpfung von Spannungsspitzen und Stromspitzen ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) einen Schalter (8) umfasst, über welchen der zweite Energiespeicher (6) mit dem Spannungsnetz (1) verbindbar und von diesem trennbar ist, und dass die Steuerung (7) ausgestaltet ist, den zweiten Energiespeicher (6) über den Schalter (8) mit dem Spannungsnetz (1) zu verbinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–3 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4–8.