DE102020113629A1

DE102020113629A1 - Elektrischer Verbraucher und Verfahren zur Anbindung eines elektrischen Verbrauchers an ein elektrisches Bordnetz

Info

Publication number: DE102020113629A1
Application number: DE102020113629.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Neiss
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Es wird ein elektrischer Verbraucher (110) für ein elektrisches Bordnetz (100) eines Fahrzeugs beschrieben. Der elektrische Verbraucher (110) umfasst eine Last-Komponente (213) und eine Logik-Komponente (223), die ausgebildet ist, den Betrieb der Last-Komponente (213) zu steuern. Des Weiteren umfasst der elektrische Verbraucher 110) einen Last-Anschluss (211), der ausgebildet ist, die Last-Komponente (213) elektrisch leitend mit dem Bordnetz (100) zu verbinden, sowie einen Logik-Anschluss (221), der ausgebildet ist, die Logik-Komponente (223) elektrisch leitend mit dem Bordnetz (100) zu verbinden. Außerdem umfasst der elektrische Verbraucher (110) eine Querverbindung (230) zwischen dem Logik-Anschluss (221) und der Last-Komponente (213), die ausgebildet ist, elektrische Energie für den Betrieb der Last-Komponente (213) von dem Logik-Anschluss (221) an die Last-Komponente (213) zu übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbraucher sowie ein Verfahren zur Anbindung eines elektrischen Verbrauchers an ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs.
Ein (Kraft-) Fahrzeug umfasst eine Vielzahl von unterschiedlichen elektrischen Verbrauchern, die zur elektrischen Energieversorgung in ein elektrische Bordnetz (insbesondere in ein Niedervolt (NV) Bordnetz) des Fahrzeugs eingebunden sind. Ein elektrischer Verbraucher, insbesondere ein elektrischer Verbraucher eines Fahrdynamiksystems des Fahrzeugs, kann dabei eine relativ hohe Anforderung an elektrische Leistung aufweisen.
Aufgrund tendenziell steigender Fahrzeugmassen von Fahrzeugen hat sich die Leistungsaufnahme von elektrischen Fahrdynamiksystemen (z.B. eines Bremssystems, eines Lenksystems, etc.) weiter erhöht. Die steigenden Leistungsanforderungen führen auch zu erhöhten Anforderungen an die Kabelquerschnitte für die elektrische Anbindung der elektrischen Verbraucher an das elektrische Bordnetz, um eine zuverlässige Energieversorgung zu gewährleisten, insbesondere um den Spannungsabfall an den elektrischen Kabeln zu begrenzen und/oder um die Erwärmung der Kabel zu begrenzen.
Die Verwendung von elektrischen Kabeln mit höheren Kabelquerschnitten führt zu einem erhöhten Bauraumbedarf, zu einem erhöhten Gewicht und/oder zu höheren Kosten. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine zuverlässige sowie Bauraum-, Gewichts- und/oder Kosteneffiziente Anbindung eines elektrischen Verbrauchers an das elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird elektrischer Verbraucher (insbesondere ein Steuergerät) für ein elektrisches Bordnetz eines (Kraft-) Fahrzeugs beschrieben. Das Bordnetz kann eine Nennspannung im Niedervolt-Bereich aufweisen, etwa bei 60V oder weniger. Insbesondere kann das Bordnetz ein 12V-Bordnetz oder ein 48V-Bordnetz sein.
Der elektrische Verbraucher umfasst eine Last-Komponente, die ausgebildet ist, eine bestimmte Funktion, insbesondere eine bestimmte mechanische Funktion, innerhalb des Fahrzeugs bereitzustellen. Beispielhafte Funktionen sind eine Bremsfunktion zum Bremsen des Fahrzeugs und/oder eine Lenkfunktion zum Lenken des Fahrzeugs. Die Last-Komponente kann zu diesem Zweck ein oder mehrere elektrische Motoren umfassen (die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz betrieben werden). Die Last-Komponente kann insbesondere ausgebildet sein, physikalisch in die Fahrdynamik und/oder in die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs einzugreifen.
Der elektrische Verbraucher umfasst ferner eine Logik-Komponente, die ausgebildet ist, den Betrieb der Last-Komponente zu steuern. Die Logik-Komponente kann z.B. ein oder mehrere Mikroprozessoren umfassen. Die Logik-Komponente kann dabei eine elektrische Nennleistung aufweisen, die kleiner als, insbesondere um den Faktor 10 oder mehr kleiner als, die elektrische Nennleistung der Last-Komponente ist.
Der elektrische Verbraucher umfasst ferner einen Last-Anschluss, der ausgebildet ist, die Last-Komponente elektrisch leitend mit dem Bordnetz zu verbinden. Der Last-Anschluss kann als Klemme ausgebildet sein. Der Last-Anschluss kann derart ausgebildet sein, dass an den Last-Anschluss ein Stecker mit einem Verbindungskabel zu dem Bordnetz (insbesondere zu einem Stromverteiler des Bordnetzes) angeschlossen werden kann. Der Last-Anschluss kann ausgebildet sein, einen elektrischen Strom bis zu 20A oder bis zu 30A zu ermöglichen (bei der Nennspannung des Bordnetzes). Andererseits kann der Strombedarf der Last-Komponente bei 30A oder mehr liegen.
Des Weiteren umfasst der elektrische Verbraucher einen Logik-Anschluss, der ausgebildet ist, die Logik-Komponente elektrisch leitend mit dem Bordnetz zu verbinden. Der Last-Anschluss und der Logik-Anschluss sind dabei physikalisch separate Anschlüsse. Der Logik-Anschluss kann als Klemme ausgebildet sein. Der Logik-Anschluss kann derart ausgebildet sein, dass an den Logik-Anschluss ein Stecker mit einem Verbindungskabel zu dem Bordnetz angeschlossen werden kann. Der Logik-Anschluss kann ausgebildet sein, einen elektrischen Strom bis zu 20A oder bis zu 30A zu ermöglichen (bei der Nennspannung des Bordnetzes). Andererseits kann der Strombedarf der Logik-Komponente bei 2A oder weniger liegen.
Der elektrische Verbraucher kann ein (gemeinsames) Gehäuse umfassen, das die Logik-Komponente und ggf. die Last-Komponente (voll) umschließt. Der Last-Anschluss und der Logik-Anschluss können an dem Gehäuse angeordnet sein.
Außerdem umfasst der elektrische Verbraucher eine (elektrisch leitende) Querverbindung zwischen dem Logik-Anschluss und der Last-Komponente, die ausgebildet ist, elektrische Energie für den Betrieb der Last-Komponente von dem Logik-Anschluss an die Last-Komponente zu übertragen. Es wird somit eine Nutzung des Logik-Anschlusses für die Energieversorgung der Last-Komponente ermöglicht. So kann eine effiziente Anbindung des elektrischen Verbrauchers an das Bordnetz ermöglicht werden.
Der elektrische Verbraucher kann ein Last-Schaltelement umfassen, das zwischen dem Last-Anschluss und der Last-Komponente angeordnet ist. Das Last-Schaltelement kann einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET), umfassen. Das Last-Schaltelement kann ausgebildet sein und/oder (ggf. durch eine Steuereinheit des Verbrauchers) betrieben werden, um einen Stromfluss zu dem Last-Anschluss hin zu unterbinden und um einen Stromfluss zu der Last-Komponente hin zu ermöglichen. Mit anderen Worten, das Last-Schaltelement kann als Diode betrieben werden.
Des Weiteren kann der elektrische Verbraucher ein Quer-Schaltelement umfassen, das zwischen dem Logik-Anschluss und der Last-Komponente auf der Querverbindung angeordnet ist. Das Quer-Schaltelement kann einen Transistor, insbesondere einen FET, umfassen. Das Quer-Schaltelement kann ausgebildet sein und/oder (ggf. durch eine Steuereinheit des Verbrauchers) betrieben werden, um einen Stromfluss zu dem Logik-Anschluss hin zu unterbinden und um einen Stromfluss zu der Last-Komponente hin zu ermöglichen. Mit anderen Worten, das Quer-Schaltelement kann als Diode betrieben werden.
Durch die Bereitstellung von derart betriebenen Schaltelementen können in zuverlässiger Weise Querströme zwischen dem Last-Anschluss und dem Logik-Anschluss vermieden werden, was eine besonders effiziente Anbindung des elektrischen Verbrauchers an das Bordnetz ermöglicht.
Der elektrische Verbraucher kann eine Last-Messeinheit (z.B. mit einem Shunt-Widerstand) umfassen, die eingerichtet ist, einen Messwert in Bezug auf einen ersten Strom durch den Last-Anschluss zu erfassen. Alternativ oder ergänzend kann der elektrische Verbraucher eine Quer-Messeinheit (z.B. mit einem Shunt-Widerstand) umfassen, die eingerichtet ist, einen Messwert in Bezug auf einen zweiten Strom über die Querverbindung zu erfassen. Die Messwerte können dabei wiederholt (z.B. periodisch) und/oder kontinuierlich erfasst werden.
Ferner kann der elektrische Verbraucher eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Maßnahmen in Abhängigkeit von dem (jeweils aktuellen) Messwert in Bezug auf den ersten Strom und/oder in Abhängigkeit von dem Messwert in Bezug auf den zweiten Strom zu bewirken, um den ersten Strom und/oder den zweiten Strom anzupassen. Die ein oder mehrere Maßnahmen können dabei wiederholt in Abhängigkeit von jeweils aktuellen Messwerten bewirkt werden, um eine präzise Einstellung des ersten Stroms und/oder des zweiten Stroms zu bewirken.
Die ein oder mehreren Maßnahmen können dabei das Anpassen des Durchlass-Widerstands des Last-Schaltelements, und/oder das Anpassen des Durchlass-Widerstands des Quer-Schaltelements umfassen.
Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, (wiederholt) ein oder mehrere Maßnahmen zu bewirken, um (dauerhaft) ein Soll-Verhältnis zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom zu bewirken, und/oder um (dauerhaft) eine Soll-Aufteilung des Gesamtstroms in die Last-Komponente auf den ersten Strom und den zweiten Strom zu bewirken.
Durch die Berücksichtigung von Messwerten in Bezug auf die Stromaufteilung des Gesamtstroms in die Last-Komponente kann ein besonders robuster und zuverlässiger Betrieb des elektrischen Verbrauchers ermöglicht werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, erste Information in Bezug auf einen maximal zulässigen Strom über den Last-Anschluss zu ermitteln, und zweite Information in Bezug auf einen maximal zulässigen Strom über den Logik-Anschluss zu ermitteln. Das Soll-Verhältnis und/oder die Soll-Aufteilung können dann auf Basis der ersten Information und auf Basis der zweiten Information ermittelt werden. So können die Effizienz und die Zuverlässigkeit des Betriebs des elektrischen Verbrauchers weiter erhöht werden.
Der elektrische Verbraucher kann eine Last-Verpolschutzeinheit umfassen, die ausgebildet ist, die Last-Komponente vor einer Verpolung des Last-Anschlusses zu schützen. Dabei kann die Last-Verpolschutzeinheit das Last-Schaltelement umfassen, das dazu genutzt wird, die Last-Komponente vor einer Verpolung des Last-Anschlusses zu schützen. Durch die Bereitstellung einer Last-Verpolschutzeinheit und/oder durch die kombinierte Nutzung des Last-Schaltelements für den Verpolschutz, für die Vermeidung von Querströmen und/oder für die Stromaufteilung kann eine besonders effiziente und zuverlässige Anbindung des elektrischen Verbrauchers an das Bordnetz ermöglicht werden.
In entsprechender Weise kann der elektrische Verbraucher eine Quer-Verpolschutzeinheit auf der Querverbindung umfassen, die ausgebildet ist, die Last-Komponente vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses zu schützen. Die Quer-Verpolschutzeinheit kann das Quer-Schaltelement umfassen, das dazu genutzt wird, die Last-Komponente vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses zu schützen. Durch die Bereitstellung einer Quer-Verpolschutzeinheit und/oder durch die kombinierte Nutzung des Quer-Schaltelements für den Verpolschutz, für die Vermeidung von Querströmen und/oder für die Stromaufteilung kann eine besonders effiziente und zuverlässige Anbindung des elektrischen Verbrauchers an das Bordnetz ermöglicht werden.
Der elektrische Verbraucher kann ferner eine Logik-Verpolschutzeinheit umfassen, die ausgebildet ist, die Logik-Komponente vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses zu schützen. So kann die Zuverlässigkeit des elektrischen Verbrauchers weiter erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches Bordnetz für ein (Kraft-) Fahrzeug beschrieben, das ein oder mehrere der in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Verbraucher umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-)Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das das in diesem Dokument beschriebene elektrische Bordnetz und/oder zumindest einen der in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Verbraucher umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Anbindung eines elektrischen Verbrauchers an ein elektrisches Bordnetz (insbesondere an ein Niedervolt-Bordnetz, etwa ein 12V-Bordnetz) eines Fahrzeugs beschrieben. Der elektrische Verbraucher umfasst eine Last-Komponente und eine Logik-Komponente, wobei die Logik-Komponente ausgebildet ist, den Betrieb der Last-Komponente zu steuern.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen von elektrischer Energie für die Last-Komponente aus dem elektrischen Bordnetz über einen Last-Anschluss des elektrischen Verbrauchers (der über eine dedizierte Leitung mit einem Stromverteiler des Bordnetzes verbunden ist). Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bereitstellen von elektrischer Energie für die Logik-Komponente aus dem elektrischen Bordnetz über einen Logik-Anschluss des elektrischen Verbrauchers (der über eine dedizierte Leitung mit einem Stromverteiler des Bordnetzes verbunden ist). Außerdem umfasst das Verfahren das Bereitstellen von elektrischer Energie für die Last-Komponente aus dem elektrischen Bordnetz über eine Querverbindung zwischen dem Logik-Anschluss und der Last-Komponente.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 beispielhafte Komponenten eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs;
2a einen beispielhaften elektrischen Verbraucher mit einem Last-Anschluss und einem Logik-Anschluss;
2b einen beispielhaften elektrischen Verbraucher mit einer Querverbindung zwischen dem Logik-Anschluss und der Last-Komponente des Verbrauchers; und
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Anbindung eines elektrischen Hochleistungsverbrauchers an das elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 100 mit einem Energiespeicher 101 (insbesondere einem elektrochemischen Energiespeicher, etwa einer Batterie) zur Speicherung von elektrischer Energie für das Bordnetz 100. Des Weiteren kann das Bordnetz 100 eine Energiequelle 102 (z.B. einem Generator oder einem Wandler) zur Bereitstellung von elektrischer Energie in dem Bordnetz 100 umfassen. Das Bordnetz 100 kann eine Nennspannung 111 im Niedervolt-Bereich, insbesondere bei 12V, aufweisen.
Das elektrische Bordnetz 100 umfasst ferner zumindest einen elektrischen Verbraucher 110, der ausgebildet ist, mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 100 betrieben zu werden. Zu diesem Zweck ist der elektrische Verbraucher 110 über ein oder mehrere Anschlüsse an einen Energieverteiler (nicht dargestellt) des Bordnetzes 100 angeschlossen.
2a zeigt einen beispielhaften elektrischen Verbraucher 110 mit einer Last-Komponente 213 und einer Logik-Komponente 223. Die Last-Komponente 213 ist z.B. ausgebildet, eine bestimmte (mechanische) Aktion in dem Fahrzeug zu bewirken, wie z.B. das Fahrzeug abzubremsen oder zu lenken. Die Last-Komponente 213 kann z.B. ein oder mehrere Aktoren des Fahrzeugs umfassen, bzw. kann ausgebildet sein, ein oder mehrere Aktoren des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Folglich weist die Last-Komponente 213 typischerweise einen relativ hohen Bedarf an elektrischer Energie bzw. an elektrischer Leistung auf.
Die Logik-Komponente 223 weist im Vergleich zu der Last-Komponente 213 typischerweise einen reduzierten Bedarf an elektrischer Energie bzw. an elektrischer Leistung auf. Die Logik-Komponente 223 ist typischerweise ausgebildet, die Last-Komponente 213 zu steuern. Zu diesem Zweck kann die Logik-Komponente 223 ein oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen.
Der elektrische Verbraucher 110 kann ein Gehäuse 200 aufweisen, der die Last-Komponente 213 und/oder die Logik-Komponente 223 umschließt. Ferner kann der elektrische Verbraucher 110 in einen Lastteil 210 mit der Last-Komponente 213 und in einen Logikteil 220 mit der Logik-Komponente 223 unterteilt sein. Die Last-Komponente 213 kann über einen Last-Anschluss 211 und über ein Lastkabel (nicht dargestellt) an das Bordnetz 100, insbesondere an einen Stromverteiler des Bordnetzes 100, angeschlossen sein. In entsprechender Weise kann die Logik-Komponente 213 über einen (separaten) Logik-Anschluss 221 und über ein Logikkabel (nicht dargestellt) an das Bordnetz 100, insbesondere an einen Stromverteiler des Bordnetzes 100, angeschlossen sein.
Der elektrische Verbraucher 110 kann ferner zwischen dem Last-Anschluss 211 und der Last-Komponente 213 eine Last-Verpolschutzeinheit 212 aufweisen. In entsprechender Weise kann der elektrische Verbraucher 110 zwischen dem Logik-Anschluss 221 und der Logik-Komponente 223 eine Logik-Verpolschutzeinheit 222 aufweisen. Die Verpolschutzeinheiten 212, 222 können jeweils ein Schaltelement, insbesondere einen Transistor, etwa einen Feldeffekttransistor, FET, aufweisen, das ausgebildet ist, die Verbindung zwischen dem jeweiligen Anschluss 211, 221 und der jeweiligen Komponente 213, 223 zu trennen, wenn eine Verpolung an dem jeweiligen Anschluss 211, 221 detektiert wird.
Der elektrische Verbraucher 110, insbesondere ein Hochstromverbraucher mit einem Laststrom von 30A oder mehr bei 12V Nennspannung, kann somit eine Last-Logik-Trennung aufweisen, mit separaten Versorgungsanschlüssen 211, 221 an das elektrische Energiebordnetz 100 für die relativ hohe elektrische Last 213 einerseits und für den Logikteil 223 andererseits.
Wenn die elektrische Leistung der Last-Komponente 213 steigt, muss in dem in 2a dargestellten elektrischen Verbraucher 110 der Kabelquerschnitt des Lastkabels erhöht werden. Dies kann eine Vergrößerung des Steckers an dem Last-Anschluss 211 erforderlich machen. Beispielsweise ist ein EUCON-46 Stecker ausgebildet, einen maximalen Kabelquerschnitt von 6mm² aufnehmen. Die Verwendung eines größeren Steckers führt zu höheren Kosten und zu erhöhten Bauraumanforderungen.
2b zeigt einen elektrischen Verbraucher 110, der eine Querverbindung 230 zwischen dem Logik-Anschluss 221 und der Last-Komponente 213 aufweist, um es dem elektrischen Verbraucher 110 zu ermöglichen, Strom für den Betrieb der Last-Komponente 213 auch über den Logik-Anschluss 221 zu beziehen. Die Logik-Komponente 223 weist typischerweise eine relativ geringe Leistungsaufnahme auf, die ggf. deutlich unter der maximal zulässigen Leistung des Steckers an dem Logik-Anschluss 221 liegt (z.B. um den Faktor 10 oder mehr). Dieses nicht genutzte Potential zur Bereitstellung von elektrischer Leistung kann somit durch Verwendung einer Querverbindung 230 zum Betreib der Last-Komponente 213 bereitgestellt werden.
Die Querverbindung 230 kann ausgebildet sein, einen Logik-Punkt 225 in dem Logikteil 220 des elektrischen Verbrauchers 200 mit einem Last-Punkt 215 des Lastteils 210 des elektrischen Verbrauchers 200 elektrisch leitend zu verbinden. Der Logik-Punkt 225 kann dabei zwischen dem Logik-Anschluss 221 und der Logik-Verpolschutzeinheit 222 angeordnet sein. Der Last-Punkt 215 kann zwischen der Last-Verpolschutzeinheit 212 und der Last-Komponente 213 angeordnet sein.
Die Querverbindung 230 weist eine Quer-Verpolschutzeinheit 232 auf (z.B. mit einem Schaltelement, etwa einem FET), die ausgebildet ist, einen Verpolschutz für die Last-Komponente 213 in Bezug auf eine Verpolung an dem Logik-Anschluss 221 bereitzustellen.
Die Logik-Klemme 221 eines elektrischen Verbrauchers 110 kann somit als zusätzlicher Anschluss für die Last-Versorgung verwendet werden. Dies wird durch eine Querverbindung 230 zwischen dem Hochlastverbraucher 213 und dem Logik-Anschluss 221 und dem Einbringen einer zusätzlichen Verpolschutzeinheit 232 (insbesondere eines zusätzlichen FETs) ermöglicht. Dadurch wird der für die Last 213 verfügbare Leitungsquerschnitt um den Leitungsquerschnitt des Logik-Anschlusses 232 erhöht. Dabei kann ggf. der Kabelquerschnitt im zulässigen Rahmen erhöht werden (z.B. von 4mm² auf 6mm²), so dass der für die Last-Komponente 213 verfügbare Leitungsquerschnitt weiter erhöht werden kann.
Wird das Steuergerät 110 z.B. mit 4mm² für die Logikseite 220 und 6mm² für die Lastseite 210 über einen EUCON-46 Stecker angebunden, so können mit demselben Stecker beide Anschlüsse 211, 221 mit jeweils 6mm² angebunden werden, sodass sich der verfügbare Leitungsquerschnitt für die Lastseite 210 weiter erhöht, ohne dass ein zusätzlicher bzw. ein anderer Stecker verwendet werden muss.
Die Verpolschutzeinheiten 212, 232, insbesondere die Schaltelemente der Verpolschutzeinheiten 212, 232, für die Last-Komponente 213 können jeweils als Diode betrieben werden, um einen Stromfluss zu dem jeweiligen Anschluss 211, 221 hin zu unterbinden. Die Dioden können somit in Richtung zu der Last-Komponente 213 leitend (z.B. mit einem Spannungsabfall von 100mV oder weniger) und in Richtung zu dem Anschluss 211, 221 hin sperrend sein. So können in zuverlässiger Weise Querströme, die sich durch eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen bzw. Klemmen 211, 221 ergeben können, unterbunden werden.
Der elektrische Verbraucher 110 kann eine Last-Messeinheit 216 umfassen, die eingerichtet ist, einen Messwert des Stroms zu erfassen, der über den Last-Anschluss 211 zu der Last-Komponente 213 fließt. Dieser Strom wird in diesem Dokument auch als erster Strom bezeichnet. Alternativ oder ergänzend kann der elektrische Verbraucher 110 eine Quer-Messeinheit 236 umfassen, die eingerichtet ist, einen Messwert des Stroms zu erfassen, der über die Querverbindung 230 zu der Last-Komponente 213 fließt. Dieser Strom wird in diesem Dokument auch als zweiter Strom bezeichnet. Die Messeinheiten 216, 236 können z.B. jeweils einen Mess- bzw. Shunt-Widerstand auf der jeweiligen Leitung zu der Last-Komponente 213 aufweisen.
Die Schaltelemente der Last-Verpolschutzeinheit 212 und/oder der Quer-Verpolschutzeinheit 232 können derart in Abhängigkeit von den Messwerten der Messeinheiten 216, 236 betrieben werden, dass eine gewünschte Soll-Aufteilung des Gesamtstroms in die Last-Komponente 213 in einen ersten Strom und einen zweiten Strom erfolgt. Insbesondere kann der elektrische Widerstand der Schaltelemente der Last-Verpolschutzeinheit 212 und/oder der Quer-Verpolschutzeinheit 232 eingestellt und/oder angepasst werden, um die Soll-Aufteilung des Gesamtstroms in die Last-Komponente 213 zu bewirken. Die Ansteuerung der Schaltelemente in Abhängigkeit von den Messwerten der Messeinheiten 216, 236 kann durch eine Steuereinheit 202 des elektrischen Verbrauchers 110 bewirkt werden.
Durch die Ansteuerung der Schaltelemente der Last-Verpolschutzeinheit 212 und/oder der Quer-Verpolschutzeinheit 232 kann insbesondere eine asymmetrische Stromaufteilung vermieden werden, die sich z.B. aus einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 211, 221 des Verbrauchers 110 ergeben kann. Eine asymmetrische Stromaufteilung könnte zu einer Überlastung einer der beiden Leitungen des elektrischen Verbrauchers 110 und/oder zu einem Auslösen einer Sicherung an dem Stromverteiler des Bordnetzes 100 führen.
Um eine asymmetrische Stromaufteilung zu vermeiden kann somit die Stromaufteilung in beiden Versorgungspfaden der Last 213 gemessen werden. Dies kann beispielsweise über Strommessshunts 216, 236 erfolgen. Wenn basierend auf den Messwerten eine asymmetrische Stromaufteilung erkannt wird, so kann durch Erhöhung des Spannungsabfalls an dem Schaltelement mit dem höheren Stromfluss die Stromaufteilung wieder ins Gleichgewicht gebracht werden. Mit diesem Mechanismus lassen sich auch unterschiedliche Querschnitte in der Anbindung der Lastseite 210 und der Logikseite 220 ausgleichen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahren 300 zur Anbindung eines elektrischen Verbrauchers 110 an ein elektrisches Bordnetz 100 eines (Kraft-) Fahrzeugs, wobei der elektrische Verbraucher 110 eine Last-Komponente 213 (z.B. mit ein oder mehreren elektrisch betriebenen Aktoren) und eine Logik-Komponente 223 (z.B. mit ein oder mehreren Mikroprozessoren) umfasst, die ausgebildet ist, den Betrieb der Last-Komponente 213 zu steuern (und insbesondere zu regeln).
Das Verfahren 300 umfasst das Bereitstellen 301 von elektrischer Energie für die Last-Komponente 213 aus dem elektrischen Bordnetz 100 über einen Last-Anschluss 211 des elektrischen Verbrauchers 110. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Bereitstellen 302 von elektrischer Energie für die Logik-Komponente 223 aus dem elektrischen Bordnetz 100 über einen (separaten) Logik-Anschluss 221 des elektrischen Verbrauchers 110. Dabei können der Last-Anschluss 211 und der Logik-Anschluss 221 jeweils über eine dedizierte Leitung mit einem Stromverteiler des Bordnetzes 100 elektrisch leitend verbunden sein.
Das Verfahren 300 umfasst ferner das Bereitstellen 303 von elektrischer Energie für die Last-Komponente 213 aus dem elektrischen Bordnetz 100 über eine Querverbindung 230 zwischen dem Logik-Anschluss 221 und der Last-Komponente 213. Die Querverbindung 230 ermöglicht es somit, den Logik-Anschluss 221 zusätzlich für die Energieversorgung der Last-Komponente 213 zu nutzen.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann eine effiziente und zuverlässige Stromversorgung eines Hochleistungsverbrauchers 110 in einem elektrischen Bordnetz 100 eines Fahrzeugs ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Elektrischer Verbraucher (110) für ein elektrisches Bordnetz (100) eines Fahrzeugs; wobei der elektrische Verbraucher (110) umfasst, - eine Last-Komponente (213); - eine Logik-Komponente (223), die ausgebildet ist, einen Betrieb der Last-Komponente (213) zu steuern; - einen Last-Anschluss (211), der ausgebildet ist, die Last-Komponente (213) elektrisch leitend mit dem Bordnetz (100) zu verbinden; - einen Logik-Anschluss (221), der ausgebildet ist, die Logik-Komponente (223) elektrisch leitend mit dem Bordnetz (100) zu verbinden; und - eine Querverbindung (230) zwischen dem Logik-Anschluss (221) und der Last-Komponente (213), die ausgebildet ist, elektrische Energie für den Betrieb der Last-Komponente (213) von dem Logik-Anschluss (221) an die Last-Komponente (213) zu übertragen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß Anspruch 1, wobei der elektrische Verbraucher (110) umfasst, - ein Last-Schaltelement, das zwischen dem Last-Anschluss (211) und der Last-Komponente (213) angeordnet ist; wobei das Last-Schaltelement ausgebildet ist und/oder betrieben wird, um einen Stromfluss zu dem Last-Anschluss (211) hin zu unterbinden und um einen Stromfluss zu der Last-Komponente (213) hin zu ermöglichen; und - ein Quer-Schaltelement, das zwischen dem Logik-Anschluss (221) und der Last-Komponente (213 auf der Querverbindung (230) angeordnet ist; wobei das Quer-Schaltelement ausgebildet ist und/oder betrieben wird, um einen Stromfluss zu dem Logik-Anschluss (221) hin zu unterbinden und um einen Stromfluss zu der Last-Komponente (213) hin zu ermöglichen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Verbraucher (110) umfasst, - eine Last-Messeinheit (216), die eingerichtet ist, einen Messwert in Bezug auf einen ersten Strom durch den Last-Anschluss (211) zu erfassen; und/oder - eine Quer-Messeinheit (236), die eingerichtet ist, einen Messwert in Bezug auf einen zweiten Strom über die Querverbindung (230) zu erfassen; und - eine Steuereinheit (202), die eingerichtet ist, ein oder mehrere Maßnahmen in Abhängigkeit von dem Messwert in Bezug auf den ersten Strom und/oder in Abhängigkeit von dem Messwert in Bezug auf den zweiten Strom zu bewirken, um den ersten Strom und/oder den zweiten Strom anzupassen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (202) eingerichtet ist, ein oder mehrere Maßnahmen zu bewirken, - um ein Soll-Verhältnis zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom zu bewirken; und/oder - um eine Soll-Aufteilung eines Gesamtstroms in die Last-Komponente (213) auf den ersten Strom und den zweiten Strom zu bewirken.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (202) eingerichtet ist, - erste Information in Bezug auf einen maximal zulässigen Strom über den Last-Anschluss (213) zu ermitteln; - zweite Information in Bezug auf einen maximal zulässigen Strom über den Logik-Anschluss (223) zu ermitteln; und - das Soll-Verhältnis und/oder die Soll-Aufteilung auf Basis der ersten Information und auf Basis der zweiten Information zu ermitteln.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß einem der Anschlüsse 2 bis 5, wobei die ein oder mehreren Maßnahmen umfassen, - das Anpassen eines Durchlass-Widerstands eines Last-Schaltelements, das zwischen dem Last-Anschluss (211) und der Last-Komponente (213) angeordnet ist; und/oder - das Anpassen eines Durchlass-Widerstands eines Quer-Schaltelements, das zwischen dem Logik-Anschluss (221) und der Last-Komponente (213 auf der Querverbindung (230) angeordnet ist.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Verbraucher (110) umfasst, - eine Last-Verpolschutzeinheit (212), die ausgebildet ist, die Last-Komponente (213) vor einer Verpolung des Last-Anschlusses (211) zu schützen; und - eine Quer-Verpolschutzeinheit (232) auf der Querverbindung (230), die ausgebildet ist, die Last-Komponente (213) vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses (221) zu schützen; und - insbesondere eine Logik-Verpolschutzeinheit (222), die ausgebildet ist, die Logik-Komponente (223) vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses (221) zu schützen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß Anspruch 7 mit Rückbezug auf die Ansprüche 2 oder 6, wobei - die Last-Verpolschutzeinheit (212) das Last-Schaltelement umfasst, das dazu genutzt wird, die Last-Komponente (213) vor einer Verpolung des Last-Anschlusses (211) zu schützen; und/oder - die Quer-Verpolschutzeinheit (232) das Quer-Schaltelement umfasst, das dazu genutzt wird, die Last-Komponente (213) vor einer Verpolung des Logik-Anschlusses (221) zu schützen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Last-Komponente (213) eine elektrische Nennleistung aufweist, die größer als, insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr größer als, eine elektrische Nennleistung der Logik-Komponente (223) ist; und/oder - die Last-Komponente (213) ein oder mehrere elektrische Motoren umfasst; und/oder - die Last-Komponente (213) ausgebildet ist, physikalisch in die Fahrdynamik und/oder in die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs einzugreifen.
Elektrischer Verbraucher (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der elektrische Verbraucher (110) ein Gehäuse (200) umfasst, das die Logik-Komponente (223) und insbesondere die Last-Komponente (213) umschließt; und - der Last-Anschluss (211) und der Logik-Anschluss (221) an dem Gehäuse (200) angeordnet sind.
Verfahren (300) zur Anbindung eines elektrischen Verbrauchers (110) an ein elektrisches Bordnetz (100) eines Fahrzeugs; wobei der elektrische Verbraucher (110) eine Last-Komponente (213) und eine Logik-Komponente (223) umfasst, die ausgebildet ist, einen Betrieb der Last-Komponente (213) zu steuern; wobei das Verfahren (300) umfasst, - Bereitstellen (301) von elektrischer Energie für die Last-Komponente (213) aus dem elektrischen Bordnetz (100) über einen Last-Anschluss (211) des elektrischen Verbrauchers (110); - Bereitstellen (302) von elektrischer Energie für die Logik-Komponente (223) aus dem elektrischen Bordnetz (100) über einen Logik-Anschluss (221) des elektrischen Verbrauchers (110); und - Bereitstellen (303) von elektrischer Energie für die Last-Komponente (213) aus dem elektrischen Bordnetz (100) über eine Querverbindung (230) zwischen dem Logik-Anschluss (221) und der Last-Komponente (213).