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WO2021213716A1 - Trennvorrichtung und energieversorgungsnetz für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Trennvorrichtung und energieversorgungsnetz für ein kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2021213716A1
WO2021213716A1 PCT/EP2021/055160 EP2021055160W WO2021213716A1 WO 2021213716 A1 WO2021213716 A1 WO 2021213716A1 EP 2021055160 W EP2021055160 W EP 2021055160W WO 2021213716 A1 WO2021213716 A1 WO 2021213716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
network
sub
consumer
energy
switching element
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/055160
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Weißinger
Thomas Klawitter
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN202180028049.6A priority Critical patent/CN115427266A/zh
Priority to US17/917,074 priority patent/US20230141892A1/en
Publication of WO2021213716A1 publication Critical patent/WO2021213716A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/36—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points of different systems, e.g. of parallel feeder systems

Definitions

  • the present invention relates to a separating device for an energy supply network of a motor vehicle, the energy supply network having a first sub-network and a second sub-network and the separating device having a switching element to switch the first sub-network to the second sub-network.
  • the invention also relates to an energy supply network for a motor vehicle and a method for operating an energy supply network for a motor vehicle.
  • Safety-relevant vehicle functions in motor vehicles such as steering functions, braking functions, light functions or wiper functions, generally require an electrical power supply in order to make the driving situation sufficiently controllable for the driver. This results in a requirement for the energy supply to be sufficiently secure. In particular, if a fault occurs in the energy supply network, the safety-relevant consumers should continue to be supplied with energy.
  • One possible technical implementation is to set up the energy supply redundantly via two energy supply subnetworks or on-board networks.
  • Safety-relevant consumers and other consumers for example convenience consumers, can be arranged in different subnetworks.
  • the sub-networks can be separated from one another using a separating device so that the faulty sub-network can be safely separated from the remaining sub-network in terms of line protection.
  • a vehicle electrical system with high availability is described in document DE 102014221 281 A1.
  • the vehicle electrical system has a first sub-network as well as a second sub-network and a decoupling element that conductively connects the sub-networks to one another when the on-board network is operating as intended and, in the event of a fault in one of the sub-networks, blocks an energy flow between the two sub-networks and separates the sub-networks from one another accordingly.
  • the decoupling element has a switching element which is conductive in normal operation and blocks when the fault is present.
  • a disadvantage of such an on-board network is that a short circuit in a consumer in one of the sub-networks leads to a voltage drop in this sub-network.
  • the switching element separates the two sub-networks from one another, fault-free further consumers in the sub-network with the faulty consumer may no longer be adequately supplied with energy.
  • the voltage dip may mean that a safety device for disconnecting or separating the faulty consumer, for example a fuse, cannot trigger within a short time because the voltage level in the faulty sub-network has collapsed and no energy can be supplied from the other sub-network . As a consequence, this leads to a restricted availability of the faulty sub-network and thus also of the entire on-board network.
  • the improved concept is based on the idea of not permanently separating the two sub-networks from one another in the event of a fault in one of the sub-networks, but instead regulating at least one state variable of the energy supply network.
  • a disconnection device for an energy supply network of a motor vehicle is specified.
  • the energy supply network has a first sub-network and a second sub-network.
  • the isolating device has a switching element in order to couple the first sub-network in a switchable manner to the second sub-network, in particular to connect it electrically.
  • the isolating device has a control unit which is set up to control at least one state variable of the energy supply network by controlling the switching element.
  • a sub-network can be understood here and in the following to be an energy supply sub-network.
  • the fact that the switching element can switchably couple the first and the second subnetwork to one another can be understood to mean that the electrical connection between the subnetworks can be selectively established and interrupted by the switching element.
  • the switching element can in particular contain a semiconductor switching element, for example a power semiconductor switching element, in particular a power transistor.
  • the switching element can contain a field effect transistor, FET, in particular a MOS-FET, or a bipolar transistor with an insulated gate electrode, IGBT.
  • the switching element can have a first connection for connecting the switching element to the first sub-network and a second connection for connecting the switching element to the second sub-network.
  • the switching element can have a control connection, for example a gate connection, for receiving a control signal, for example a gate voltage.
  • the control connection can in particular be connected to the control unit.
  • the control of the switching element by the control unit includes in particular generating, providing and / or changing the control signal at the control connection of the switching element.
  • the control unit is designed to generate the control signal to regulate the at least one state variable, in particular to generate it as a function of time, so that a conductivity of the switching element, in particular between the first and second connection of the switching element, is changed in accordance with the regulation.
  • the switching element can be switched into a conductive, that is to say closed, state, or into a non-conductive, that is to say open, state.
  • the switching element can thus be operated in a saturation range, so that a conductivity of the switching element between the first and second connection can be switched between two approximately constant values by changing the control signal.
  • the control unit can contain, for example, one or more sensor elements for detecting the at least one state variable as a control variable of the control.
  • the control unit can also contain a controller that does this is set up to determine a value for the control signal based on the detected at least one controlled variable and to generate the control signal accordingly.
  • the control unit can be designed, for example, as a digital control unit.
  • the at least one state variable can also be understood as a state vector with at least one state variable. If the state vector contains more than one state variable, the control unit can be set up, for example, to regulate the state variables by means of a cascade control.
  • an energy flow from the second into the first sub-network may be possible.
  • the first sub-network can, for example, have a first consumer and a first energy source for supplying energy to the first consumer.
  • the first sub-network can also have an electrical or electronic fuse, for example a fuse, which couples the first consumer to the first energy source, in particular connects it in a conductive manner.
  • the second sub-network can, for example, have a second consumer and a second energy source for supplying energy to the second consumer.
  • the first energy source can also provide energy to the second sub-network, in particular to the second consumer and / or the second energy source, in particular in the fault-free operating state.
  • the second energy source can provide energy to the first sub-network, in particular a further first consumer of the first sub-network and / or the fuse.
  • the faulty sub-network for example the first sub-network
  • the fault-free sub-network for example the second sub-network.
  • the fuse in the first sub-network can be supplied with sufficient energy. If, for example, there is a fault in the first consumer, the energy provided, that is to say the first consumer, can be quickly separated from the first sub-network by triggering the fuse. As a result, faulty additional first consumers in the first sub-network can also be quickly supplied with energy again.
  • this ensures line protection, in particular the second, fault-free sub-network is protected, and, on the other hand, the availability of the further first consumers in the first sub-network is increased by the regulation.
  • the control unit is set up to regulate the at least one state variable in the faulty operation of the energy supply network, in particular the first sub-network, in particular if there is a fault in the first consumer or in a circuit branch of the first sub-network which contains the first consumer .
  • the isolating device contains an inductive component which is arranged between the switching element and one of the sub-networks, that is, between the switching element and the first sub-network or between the switching element and the second sub-network.
  • the switching element can connect the first sub-network and the second switching network to one another in an electrically conductive manner via the inductive component.
  • the inductive component can be, for example, part of an electrical line with a corresponding line inductance, or a dedicated inductive component, for example a choke coil.
  • the first sub-network can have a first output in order to connect the first sub-network to the separating device and the second sub-network can have a second output in order to connect the second sub-network to the separating device.
  • the first energy source can have an output that is connected to the first output and the second energy source can have an output that is connected to the second output of the second sub-network.
  • the inductive component is arranged between the switching element and one of the sub-networks can therefore be understood in particular to mean that a first connection of the inductive component is connected to the first connection of the switching element and a second connection of the inductive component is connected to the first output of the first sub-network .
  • the first connection of the inductive component can be connected to the second connection of the switching element and the second connection of the inductive component can be connected to the second output of the second sub-network.
  • the inductive component and the specified arrangement between the switching element and the corresponding subnetwork can limit an energy flow, in particular a current intensity, between the first and the second subnetwork in the faulty operating state.
  • failure of safety-relevant consumers in the second sub-network can be prevented in particular if a fault occurs in the first sub-network.
  • the control device enables both sub-networks to be operated even in the event of a fault.
  • the separating device contains a freewheeling component which is arranged parallel to the inductive component or is arranged between the inductive component and a constant reference potential.
  • the reference potential can correspond to a ground connection, for example.
  • the freewheeling component can thus have a first connection which is connected to the first connection of the inductive component and a second connection which is connected to the second connection of the inductive component.
  • the first or the second connection of the freewheeling component can be connected to the reference potential.
  • the freewheeling component can contain a diode, for example.
  • the freewheeling component can for example contain a resistor, in particular an ohmic resistor, in particular a resistance component, which is connected in series with the diode.
  • the voltage that drops across the inductive component when the inductive component is switched can be limited by the freewheeling component. Overvoltages in the sub-networks can therefore be avoided.
  • control unit is set up to control the switching element during an error-free operating state of the energy supply network, in particular of the first sub-network, in such a way that the switching element is permanently closed during the error-free operating state.
  • the switching element is permanently in the electrically conductive state during the error-free operating state.
  • control setpoints, control setpoint limit values or control setpoint ranges can be appropriately matched or selected so that the switching element can remain permanently closed during the error-free operating state.
  • the regulation can take place, for example, on one or more setpoint ranges that are open on one side.
  • energy can also be saved during the error-free operating state.
  • control unit is set up to control the switching element during a faulty operating state of the energy supply network, in particular of the first sub-network, in such a way that it is not permanently closed.
  • the switching element is repeatedly opened and closed during the faulty operating state in order to regulate the at least one state variable.
  • control unit is set up to generate the control signal for controlling the switching element in a modulated manner in the faulty operating state of the first sub-network in order to regulate the at least one state variable.
  • the faulty operating state of the first sub-network corresponds in particular to a fault in the first consumer or in a circuit branch of the first sub-network which contains the first consumer. This can result in an increased current flow due to a fault current or short circuit in the corresponding circuit branch of the first subnetwork.
  • the voltage in the second sub-network can also drop, in particular at the second consumer.
  • control signal is generated in a modulated manner, that is, its value changes as a function of time, is achieved in particular in that the switching state of the switching element changes as a function of time between conductive and non-conductive or between closed and open.
  • control unit can be set up to generate the control signal during the faulty operating state by means of pulse width modulation.
  • the at least one state variable contains a voltage that is applied to the second sub-network, in particular to the second consumer of the second sub-network.
  • a fault in the first sub-network and a corresponding fault current in the first sub-network would, for example, transfer energy from the second sub-network to the first sub-network through the second energy source of the second sub-network, so that the voltage at the second consumer would drop without appropriate regulation.
  • the second sub-network in particular the second consumer, is protected from undervoltage, that is to say from a voltage supply that is too low, so that the availability of the second sub-network can be increased.
  • a control setpoint for the voltage or a control limit value for the voltage is greater than or equal to a predefined permissible minimum voltage for the second consumer.
  • the regulation of the voltage at the second consumer can, for example, also take place indirectly by regulating an output voltage of the second energy source.
  • the voltage at the second consumer is greater than the specified minimum voltage or the control setpoint or limit value, in particular even without modulation of the conductivity of the switching element, so that the control unit can permanently close the switching element in this case.
  • a correspondingly high fault current can occur in the first sub-network, so that the voltage, as described, can also drop in the second sub-network.
  • the control then keeps the voltage at the second consumer higher than the control limit value or controls the voltage to the control setpoint.
  • the regulation takes place in particular to the setpoint regulation value, possibly with a corresponding tolerance.
  • the control limit value for the voltages in the second consumer is greater than or equal to the minimum voltage
  • the control takes place in particular on a target range, wherein the target range can in particular be open on one side.
  • the regulation limit value then corresponds to a minimum limit value of the setpoint range.
  • the at least one state variable contains an electrical current strength of a transfer current from the second sub-network into the first sub-network, in particular during the faulty operating state of the first sub-network.
  • the transfer current flows in particular via the switching element and possibly via the inductive component.
  • the second sub-network could not supply any energy in the form of the transfer current to the first sub-network, since the sub-networks would be permanently separated from one another in the faulty operating state.
  • a control setpoint for the current intensity or a control limit value for the current intensity is less than or equal to a predetermined maximum switchable current intensity of the switching element.
  • the current intensity is less than the maximum switchable current, for example even without moderation of the conductivity of the switching element, so that the switching element can be closed, in particular permanently.
  • the control ensures, for example, that sufficient energy can be transferred from the second sub-network to the first sub-network.
  • an energy supply network for a motor vehicle has a first sub-network with a first consumer and with a first energy source for supplying energy to the first consumer.
  • the first sub-network also has a safety device, in particular an electrical or electronic fuse, which couples the first consumer to the first energy source, in particular connects it in an electrically conductive manner.
  • the energy supply network has a second sub-network with a second consumer and a second energy source for supplying energy to the second consumer.
  • the energy supply network has a separating device according to the improved concept, the first sub-network being switchably coupled to the second sub-network by the separating element, in particular being connected in an electrically conductive manner.
  • a first connection of the first consumer is in particular connected directly or indirectly to the first output of the first sub-network and a second connection of the first consumer is in particular connected directly or indirectly to the reference potential.
  • a first connection of the second consumer is in particular connected directly or indirectly to the second output of the second sub-network and a second connection of the second consumer is in particular connected directly or indirectly to the reference potential.
  • the safety device can also be referred to as an overcurrent protection device and can in particular be designed as a safety fuse.
  • the improved concept is particularly advantageous because, as described above with regard to the isolating device, a sufficiently high current can be made available quickly from the second subnetwork to the first subnetwork even in the event of a fault in the first subnetwork, so that the fuse can trigger quickly and the faulty one can safely separate the first consumer.
  • the first energy source contains an electrical generator and / or a first electrical energy store.
  • the first electrical energy store can be designed as a battery or accumulator.
  • the first energy source contains a power converter, in particular a rectifier.
  • the converter can in particular be arranged between the generator and the first electrical energy store and / or between the generator and the first output of the first sub-network in order to convert AC voltage generated by means of the electrical generator into DC voltage.
  • the second energy source contains a second electrical energy store, which is designed in particular as a battery or accumulator.
  • the first sub-network contains at least one further first consumer, which is arranged parallel to the first consumer.
  • a first connection of the at least one further first consumer is in particular connected directly or indirectly to the first output of the first sub-network and a second connection of the at least one further first consumer is in particular connected directly or indirectly to the reference potential.
  • the second sub-network contains at least one further second consumer, which is arranged parallel to the second consumer.
  • a first connection of the at least one further second consumer is in particular connected directly or indirectly to the second output of the second sub-network and a second connection of the at least one further second consumer is in particular connected directly or indirectly to the reference potential.
  • the first consumer and in particular the at least one first further consumer, in particular all consumers of the first sub-network, designed according to a first ASIL classification level and the second consumer, and in particular the at least one first further second consumer, for example, all consumers of the second sub-network, designed according to a second ASIL classification level.
  • the second ASIL classification level is higher than the first ASIL classification level.
  • the ASIL classification levels can be understood to mean, in particular, levels according to the industrial standard ISO 26262 in the version valid on April 1st, 2020.
  • the ASIL classification levels include, for example, a QM classification level, an ASIL-A classification level, an ASIL-B classification level, an ASIL-C classification level and / or an ASIL-D classification level.
  • the classification level ASIL-D corresponds to the highest ASIL classification level and the classification level QM corresponds to the lowest classification level.
  • the first consumer is designed according to the classification level QM and the second consumer is designed according to the classification level ASIL-B or higher.
  • all safety-relevant consumers are arranged in the second sub-network. While less safety-relevant or non-safety-relevant consumers, for example convenience consumers, are arranged in the first subnetwork.
  • the availability of the safety-relevant consumers in the event of a fault, in particular in the case of a faulty operating state of the first sub-network can be ensured by regulating the at least one state variable, i.e. in particular by limiting an energy transfer between the sub-networks by the regulation.
  • the regulation also ensures the availability of those non-safety-relevant consumers who are not faulty.
  • the overall availability of the energy supply system is increased and, on the other hand, a degree of comfort for a user of the motor vehicle is increased.
  • a motor vehicle with an energy supply network is also specified.
  • a method for operating an energy supply network for a motor vehicle or a motor vehicle is also specified.
  • the energy supply network has a first sub-network and a second sub-network, which is switchably coupled to the first sub-network by a separating element. At least one state variable of the energy supply network is regulated by activating the switching element, in particular by means of a control unit of the energy supply network.
  • a separating device can be set up to carry out a method according to the improved concept, or it carries out such a method.
  • an energy supply network can be set up to carry out a method according to the improved concept and it carries out such a method.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an exemplary embodiment of an energy supply network according to the improved concept
  • Figure 2 is a schematic representation of another exemplary one
  • FIG. 1 a motor vehicle K is shown, which has an energy supply network BN according to the improved concept.
  • the energy supply network BN has a first subnetwork BN1 and a second subnetwork BN2 as well as a separating device T which couples the subnetworks BN1, BN 2 to one another.
  • the first sub-network BN1 has a first energy source Q1, which is connected to the separating device T, and a first consumer V1, which is connected between the output of the first energy source Q1 and a reference potential, in particular a ground connection.
  • a fuse SNG for example a fuse, is arranged between the first consumer V1 and the first energy source Q1.
  • the second sub-network BN2 has a second energy source Q2, which is connected to the isolating device T, and a second consumer V2, which is arranged between the reference potential and an output of the second energy source Q2.
  • the separating device T has a switching element TE, which is coupled to the subnetwork BN1, BN2, so that the switching element TE connects the subnetworks BN1, BN2 with one another in an electrically conductive manner in the closed state and separates the subnetworks BN1, BN2 from one another in the open state or the open state.
  • the switching element TE has in particular a first connection which is connected to the first subnetwork BN1 and a second connection which is connected to the second subnetwork BN2.
  • the switching element TE can for example be designed as a transistor, for example as an IGBT or FET, for example MOS-FET.
  • the first connection and the second connection of the switching element TE then correspond, for example, to a collector connection and an emitter connection of the switching element TE or vice versa, or a source connection and a drain connection of the switching element TE or vice versa.
  • the switching element TE has a control connection, for example a gate electrode.
  • the separating device T also contains a control unit DR, which is connected to the switching element TE, in particular the control connection.
  • the control unit DR can in particular provide a control signal, in particular a gate voltage, at the control connection in order to open or close the switching element TE, that is to say to switch it into the open state or into the closed state.
  • the control unit DR is set up to control the switching element TE by providing the control signal in such a way that at least one state variable of the energy supply network BN is controlled.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the energy supply network BN according to the improved concept, wherein the energy supply network BN of FIG. 1 can be configured, for example, in accordance with the energy supply network BN of FIG. 2.
  • the energy supply network BN of FIG. 2 is based on the energy supply network BN of FIG. 1, so that only the differences or special features are discussed below.
  • the isolating device T has a transistor, for example an FET, as a switching element TE, the gate electrode of which is connected to the control unit DR.
  • the separating device T also has an inductive component SBE, which can be designed, for example, as a choke coil or as a line inductance.
  • the inductive component SBE is connected in series with the switching element TE, in particular connected in series between the outputs of the first and the second subnetwork BN1, BN2.
  • the separating device T contains a freewheeling path with a freewheeling diode D and a series resistor W, which is connected in series with the freewheeling diode D.
  • the freewheeling path in particular the series connection with the freewheeling diode D and the series resistor W, is connected in parallel to the inductive component SBE.
  • the freewheeling path can also be arranged between a connection of the inductive component SBE and the reference potential.
  • the control unit DR has, for example, a controller R and a sensor device S.
  • the sensor device S can contain the at least one state variable of the energy supply network BN detect or measure and the controller R can determine a value for the control signal based on the measured at least one state variable and provide the control electrode of the switching element TE.
  • the first energy source Q1 can include, for example, a first battery (not shown) and a generator (not shown).
  • the first energy source Q1 can also have a converter KNV which is set up and arranged to convert an output voltage of the generator into a direct voltage and, for example, to provide it to the first consumer V1 and / or the first battery.
  • the second energy source Q2 contains, in particular, a second battery.
  • the first sub-network BN1 can have a further first consumer VT and a further fuse SNG ‘.
  • the further first consumer VT and the further fuse SNG ‘ are, for example, connected in series and arranged between the reference potential and the output of the first sub-network BN1.
  • the second sub-network BN2 can have a further second consumer V2 ', which is arranged between the reference potential and the output of the second sub-network BN2.
  • the second consumers V2, V2 ‘and / or the second energy source Q2 can be designed according to ASIL-B, for example.
  • the first consumers V1, VT can for example be designed according to the ASIL classification level QM and be supplied with energy by the first energy source Q1.
  • the switching element TE In normal operation or in error-free operation of the energy supply network BN, the switching element TE, in particular driven by the control unit DR, is closed.
  • the second energy source Q2 can therefore in particular be supplied with energy by the first energy source Q1. Even if the second subnetwork BN2 does not function properly, for example due to diagnostic slippage in the second energy source Q2, the safety-relevant consumers V2, V2 'can also be supplied with energy via the first energy source Q1.
  • the fuse SNG which is designed, for example, as a fuse, is provided with sufficient energy to trigger.
  • the regulation of the at least one state variable by the regulation unit DR ensures that the separating device T does not completely separate the two subnetworks BN1, BN2 from one another, but instead implements a current limiting function that connects the two subnetworks BN1, BN2 via the inductive component SBE maintains as a current-limiting element.
  • regulated operation can take place by regulating the at least one state variable.
  • the regulation can be carried out using methods known per se.
  • a cascade control can be used which includes a current control for the first sub-network BN1 and a subordinate voltage control for the second sub-network BN2.
  • the maximum fault current for the first sub-network BN1 can be supplied from the second energy source Q2 of the second sub-network BN2 in order to trigger the fuse SNG in the faulty branch as quickly as possible.
  • the maximum fault current can always be set below the switching limit, that is to say the maximum switchable current, of the switching element TE, which results from the dimensioning of the switching element TE.
  • the subordinate voltage regulation in the second sub-network BN2 serves, for example, to protect the safety-relevant consumers V2, V2 'from undervoltage, which could lead to the failure of the corresponding safety-relevant consumers V2, V2'. Accordingly, a setpoint specification for the voltage regulation can correspond to a minimum permissible voltage at the safety-relevant consumers V2, V2 '. This voltage regulation can optionally also be regulated indirectly via the output voltage of the second energy source Q2.
  • the voltage in the first subsystem BN1 would also drop so sharply that the first energy source Q1 would no longer be able to trigger the fuse SNG. In that case, important or comfort-relevant functions for the operation of the motor vehicle K by the consumers V1, V2, VT would no longer be available.
  • This state can also be avoided by the separating device and the regulation described.
  • the maximum available and permissible current is regulated via the inductive component SBE.
  • the coupled voltage regulation can ensure that the minimum permissible voltage at the safety-relevant consumers V2, V2 ‘is not undershot and the switching limit of the switching element TE is not exceeded.
  • the fuse SNG can be triggered as quickly as possible in the event of a fault in the first consumer V1 and the energy supply in the first sub-network BN1 can continue to be maintained.
  • the power loss of the separating device is possible, especially in continuous operation, without further complex measures, such as thermal monitoring.
  • KNV power converters Q1, Q2 energy sources R controller S sensor device

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Abstract

Eine Trennvorrichtung (T) für ein Energieversorgungsnetz (BN) eines Kraftfahrzeugs (K), wobei das Energieversorgungsnetz (BN) ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz (BN1, BN2) aufweist, enthält ein Schaltelement (TE) um das erste Teilnetz (BN1) schaltbar mit dem zweiten Teilnetz (BN2) zu koppeln. Die Trennvorrichtung (T) enthält eine Regelungseinheit (DR), die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes (BN) durch Ansteuern des Schaltelements (TE) zu regeln.

Description

Trennvorrichtung und Energieversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung für ein Energieversorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei das Energieversorgungsnetz ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz aufweist und die Trennvorrichtung ein Schaltelement aufweist, um das erste Teilnetz schaltbar mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln. Die Erfindung betrifft ferner ein Energieversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungsnetzes für ein Kraftfahrzeug.
Sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen in Kraftfahrzeugen, wie etwa Lenkfunktionen, Bremsfunktionen, Lichtfunktionen oder Wischerfunktionen, benötigen in der Regel eine elektrische Energieversorgung, um die Fahrsituationen für den Fahrer ausreichend beherrschbar zu machen. Somit ergibt sich eine Anforderungen an die Energieversorgung, ausreichend sicher zu sein. Insbesondere sollten bei einem Fehlereintritt im Energieversorgungsnetz die sicherheitsrelevanten Verbraucher weiterhin mit Energie versorgt werden.
Eine mögliche technische Umsetzung besteht darin, die Energieversorgung redundant über zwei Energieversorgungsteilnetze oder Bordnetze aufzubauen. Dabei können sicherheitsrelevante Verbraucher und sonstige Verbraucher, beispielsweise Komfortverbraucher, in unterschiedlichen Teilnetzen angeordnet sein. Die Teilnetze können über eine Trennvorrichtung voneinander separiert werden, sodass das fehlerhafte Teilnetz im Sinne des Leitungsschutzes sicher von dem verbleibenden Teilnetz getrennt werden kann.
Beispielsweise wird in Dokument DE 102014221 281 A1 ein Fahrzeugbordnetz mit hoher Verfügbarkeit beschrieben. Das Fahrzeugbordnetz weist ein erstes Teilnetz auf sowie ein zweites Teilnetz und ein Entkoppelelement, das im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes die Teilnetze leitend miteinander verbindet und im Fall eines Fehlers in einem der Teilnetze einen Energiefluss zwischen den beiden Teilnetzen sperrt und die Teilnetze entsprechend voneinander trennt. Dazu weist das Entkoppelelement ein Schaltelement auf, das im bestimmungsgemäßen Betrieb leitend ist und bei Vorliegen des Fehlers sperrt. Ein Nachteil eines solchen Bordnetzes ist, dass ein Kurzschluss in einem Verbraucher eines der Teilnetze zu einem Spannungseinbruch in diesem Teilnetz führt. Da in diesem Fall das Schaltelement die beiden Teilnetze voneinander trennt, können in dem Teilnetz mit dem fehlerhaften Verbraucher auch fehlerfreie weitere Verbraucher gegebenenfalls nicht mehr ausreichend mit Energie versorgt werden. Insbesondere kann es aufgrund des Spannungseinbruchs dazu kommen, dass eine Sicherungseinrichtung zum Abtrennen oder Separieren des fehlerhaften Verbrauchers, beispielsweise eine Schmelzsicherung, nicht innerhalb kurzer Zeit auslösen kann, da das Spannungsniveau in dem fehlerhaften Teilnetz zusammengebrochen ist und keine Energie aus dem anderen Teilnetz geliefert werden kann. Dies führt in der Konsequenz zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit des fehlerhaften Teilnetzes und damit auch des gesamten Bordnetzes.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für eine Trennvorrichtung für ein Energieversorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs anzugeben, durch das die Verfügbarkeit des Energieversorgungsnetzes weiter erhöht werden kann.
Vorliegend wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die beiden Teilnetze im Fehlerfall eines der Teilnetze nicht dauerhaft voneinander zu trennen, sondern stattdessen wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes zu regeln.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Trennvorrichtung für ein Energieversorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs angegeben. Das Energieversorgungsnetz weist dabei ein erstes Teilnetz und ein zweites Teilnetz auf. Die Trennvorrichtung weist ein Schaltelement auf, um das erste Teilnetz schaltbar mit dem zweiten Teilnetz zu koppeln, insbesondere elektrisch zu verbinden. Die Trennvorrichtung weist eine Regelungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes durch Ansteuern des Schaltelements zu regeln.
Unter einem Teilnetz kann hier und im Folgenden ein Energieversorgungsteilnetz verstanden werden. Dass das Schaltelement das erste und das zweite Teilnetz schaltbar miteinander koppeln kann, kann derart verstanden werden, dass die elektrische Verbindung zwischen den Teilnetzen durch das Schaltelement wahlweise hergestellt und unterbrochen werden kann.
Das Schaltelement kann dabei insbesondere ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein Leistungshalbleiterschaltelement, insbesondere einen Leistungstransistor, enthalten. Beispielsweise kann das Schaltelement einen Feldeffekttransistor, FET, insbesondere einen MOS-FET, oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode, IGBT, beinhalten.
Insbesondere kann das Schaltelement einen ersten Anschluss zur Verbindung des Schaltelements mit dem ersten Teilnetz und einen zweiten Anschluss zur Verbindung des Schaltelements mit dem zweiten Teilnetz aufweisen. Zudem kann das Schaltelement einen Steueranschluss, beispielsweise einen Gate-Anschluss, zum Erhalten eines Steuersignals, beispielsweise einer Gate-Spannung, aufweisen. Der Steueranschluss kann dabei insbesondere mit der Regelungseinheit verbunden sein.
Das Ansteuern des Schaltelements durch die Regelungseinheit beinhaltet insbesondere das Erzeugen, Bereitstellen und/oder Verändern des Steuersignals an dem Steueranschluss des Schaltelements. Insbesondere ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, zum Regeln der wenigstens einen Zustandsgröße das Steuersignal derart zu erzeugen, insbesondere zeitabhängig zu erzeugen, dass eine Leitfähigkeit des Schaltelements, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Schaltelements, entsprechend der Regelung verändert wird.
Beispielsweise kann das Schaltelement bei entsprechenden Werten des Steuersignals in einen leitenden, also geschlossenen, Zustand geschaltet werden oder in einen nichtleitenden, also geöffneten, Zustand. Insbesondere kann das Schaltelement also in einem Sättigungsbereich betrieben werden, sodass eine Leitfähigkeit des Schaltelements zwischen erstem und zweitem Anschluss durch Verändern des Steuersignals zwischen zwei näherungsweise konstanten Werten geschaltet werden kann.
Die Regelungseinheit kann beispielsweise eines oder mehrere Sensorelemente zum Erfassen der wenigstens einen Zustandsgröße als Regelgröße der Regelung beinhalten. Beispielsweise kann die Regelungseinheit auch einen Regler beinhalten, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der erfassten wenigstens einen Regelgröße einen Wert für das Steuersignal zu bestimmen und das Steuersignal entsprechend zu erzeugen.
Die Regelungseinheit kann beispielsweise als digitale Regelungseinheit ausgeführt sein.
Die wenigstens eine Zustandsgröße kann auch als Zustandsvektor mit wenigstens einer Zustandsgröße verstanden werden. Falls der Zustandsvektor mehr als eine Zustandsgröße enthält, kann die Regelungseinheit beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Zustandsgrößen durch eine Kaskadenregelung zu regeln.
Insbesondere ist im fehlerfreien Betriebszustand des Energieversorgungsnetzes, insbesondere beider Teilnetze, ein Energiefluss zwischen den beiden Teilnetzen möglich, insbesondere von dem ersten Teilnetz zu dem zweiten Teilnetz. Es kann also ein entsprechender Transferstrom über die Trennvorrichtung von einem in das andere Teilnetz fließen.
Je nach Spannungsverhältnissen in den beiden Teilnetzen kann, insbesondere auch im Fall eines fehlerhaften Betriebszustands des Energieversorgungsnetzes, also bei einem Fehler in dem ersten oder zweiten Teilnetz, ein Energiefluss von dem zweiten in das erste Teilnetz möglich sein.
Das erste Teilnetz kann beispielsweise einen ersten Verbraucher und eine erste Energiequelle zur Energieversorgung des ersten Verbrauchers aufweisen. Das erste Teilnetz kann außerdem eine elektrische oder elektronische Sicherung, beispielsweise eine Schmelzsicherung, aufweisen, die den ersten Verbraucher mit der ersten Energiequelle koppelt, insbesondere leitend verbindet.
Das zweite Teilnetz kann beispielsweise einen zweiten Verbraucher und eine zweite Energiequelle zur Energieversorgung des zweiten Verbrauchers aufweisen.
Durch die Kopplung der Teilnetze mittels der Trennvorrichtung kann aber auch die erste Energiequelle, insbesondere im fehlerfreien Betriebszustand, Energie an das zweite Teilnetz bereitstellen, insbesondere an den zweiten Verbraucher und/oder die zweite Energiequelle. Ebenso kann, insbesondere im Fall eines Fehlers in dem ersten Teilnetz, die zweite Energiequelle Energie an das erste Teilnetz, insbesondere einen weiteren ersten Verbraucher des ersten Teilnetzes und/oder die Sicherung bereitstellen.
Durch die Regelung der wenigstens einen Zustandsgröße, insbesondere in einem fehlerhaften Betriebszustand des Energieversorgungsnetzes, insbesondere des ersten Teilnetzes, ist es möglich, die beiden Teilnetze auch im Fehlerfall nicht dauerhaft voneinander zu trennen und dennoch eine Begrenzung des Energieflusses von dem fehlerhaften Teilnetz in das fehlerfreie Teilnetz zu erzielen.
Zudem kann das fehlerhafte Teilnetz, beispielsweise das erste Teilnetz, durch das fehlerfreie Teilnetz, beispielsweise das zweite Teilnetz, mit elektrischer Energie versorgt werden. Dadurch kann die Sicherung im ersten Teilnetz ausreichend mit Energie versorgt werden. Liegt beispielsweise ein Fehler des ersten Verbraucher vor, so kann die bereitgestellte Energie also der erste Verbraucher schnell von dem ersten Teilnetz getrennt werden, indem die Sicherung ausgelöst wird. Dadurch können auch fehlerhafte weitere erste Verbraucher im ersten Teilnetz schnell wieder mit Energie versorgt werden.
Dadurch wird zum einen der Leitungsschutz gewährleistet, insbesondere wird das zweite, fehlerfreie Teilnetz geschützt, und zum anderen wird die Verfügbarkeit der weiteren ersten Verbraucher im ersten Teilnetz durch die Regelung erhöht.
Insgesamt wird dadurch also die Verfügbarkeit des gesamten Energieversorgungsnetzes weiter erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Trennvorrichtung ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, die wenigstens eine Zustandsgröße im fehlerhaften Betrieb des Energieversorgungsnetzes, insbesondere des ersten Teilnetzes, insbesondere bei Vorliegen eines Fehlers des ersten Verbrauchers oder eines Schaltungszweigs des ersten Teilnetzes, welches den ersten Verbraucher enthält, zu regeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Trennvorrichtung eine induktive Komponente, die zwischen dem Schaltelement und einem der Teilnetze, also zwischen dem Schaltelement und dem ersten Teilnetz oder zwischen dem Schaltelement und dem zweiten Teilnetz, angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Schaltelement also das erste Teilnetz und das zweite Schaltnetz also über die induktive Komponente miteinander elektrisch leitend verbinden.
Bei der induktiven Komponente kann es sich beispielsweise um einen Teil einer elektrischen Leitung mit einer entsprechenden Leitungsinduktivität handeln, oder um ein dediziertes induktives Bauelement, beispielsweise eine Drosselspule.
Beispielsweise kann das erste Teilnetz einen ersten Ausgang aufweisen, um das erste Teilnetz mit der Trennvorrichtung zu verbinden und das zweite Teilnetz kann einen zweiten Ausgang aufweisen, um das zweite Teilnetz mit der Trennvorrichtung zu verbinden. Insbesondere kann die erste Energiequelle einen Ausgang aufweisen, der mit dem ersten Ausgang verbunden ist und die zweite Energiequelle kann einen Ausgang aufweisen, der mit dem zweiten Ausgang des zweiten Teilnetzes verbunden ist.
Dass die induktive Komponente zwischen dem Schaltelement und einem der Teilnetze angeordnet ist, kann daher insbesondere derart verstanden werden, dass ein erster Anschluss der induktiven Komponente mit dem ersten Anschluss des Schaltelements verbunden ist und ein zweiter Anschluss der induktiven Komponente mit dem ersten Ausgang des ersten Teilnetzes. Alternativ können der erste Anschluss der induktiven Komponente mit dem zweiten Anschluss des Schaltelements verbunden ist und der zweite Anschluss der induktiven Komponente mit dem zweiten Ausgang des zweiten Teilnetzes.
Durch die induktive Komponente und die spezifizierte Anordnung zwischen dem Schaltelement und dem entsprechenden Teilnetz kann ein Energiefluss, insbesondere eine Stromstärke, zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz im fehlerhaften Betriebszustand begrenzt werden. Dadurch kann insbesondere ein Ausfall sicherheitsrelevanter Verbraucher in dem zweiten Teilnetz verhindert werden, falls ein Fehler im ersten Teilnetz auftritt. Durch die Regelvorrichtung wird ein Betrieb beider Teilnetze auch im Feh-Ierfall ermöglicht..
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Trennvorrichtung eine Freilaufkomponente, die parallel zu der induktiven Komponente angeordnet ist oder zwischen der induktiven Komponente und einem konstanten Referenzpotential angeordnet ist. Das Referenzpotential kann beispielsweise einem Masseanschluss entsprechen. Entsprechend kann die Freilaufkomponente also einen ersten Anschluss aufweisen, der mit dem ersten Anschluss der induktiven Komponente verbunden ist und einem zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Anschluss der induktiven Komponente verbunden ist.
Alternativ kann der erste oder der zweite Anschluss der Freilaufkomponente mit dem Referenzpotential verbunden sein.
Die Freilaufkomponente kann beispielsweise eine Diode enthalten.
Die Freilaufkomponente kann beispielsweise einen Widerstand enthalten, insbesondere einen ohmschen Widerstand, insbesondere ein Widerstandsbauelement, der mit der Diode in Reihe geschaltet ist.
Durch die Freilaufkomponente kann die Spannung, die beim Schalten der induktiven Komponente über die induktive Komponente abfällt, begrenzt werden. Überspannungen in den Teilnetzen können also vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, das Schaltelement während eines fehlerfreien Betriebszustands des Energieversorgungsnetzes, insbesondere des ersten Teilnetzes, derart anzusteuern, dass das Schaltelement während des fehlerfreien Betriebszustands dauerhaft geschlossen ist.
Mit anderen Worten befindet sich das Schaltelement während des fehlerfreien Betriebszustands dauerhaft in dem elektrisch leitenden Zustand.
Dadurch wird während des fehlerfreien Betriebszustands ein Energiefluss zwischen den Teilnetzen ermöglicht.
Insbesondere können eine oder mehrere Regelungssollgrößen, Regelungssollgrenzwerte oder Regelungssollbereiche entsprechend abgestimmt oder gewählt sein, dass das Schaltelement während des fehlerfreien Betriebszustands dauerhaft geschlossen bleiben kann.
Insbesondere kann die Regelung beispielsweise auf einen oder mehrere halbseitig offene Sollbereiche erfolgen. Dazu kann beispielsweise im Vergleich zu einer dynamischen Regelung des Schaltelements auch während des fehlerfreien Betriebszustands Energie gespart werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, das Schaltelement während eines fehlerhaften Betriebszustands des Energieversorgungsnetzes, insbesondere des ersten Teilnetzes, derart anzusteuern, dass es nicht dauerhaft geschlossen ist.
Mit anderen Worten wird das Schaltelement während des fehlerhaften Betriebszustands wiederholt geöffnet und geschlossen, um die wenigstens eine Zustandsgröße zu regeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, das Steuersignal zur Ansteuerung des Schaltelements in dem fehlerhaften Betriebszustand des ersten Teilnetzes moduliert zu erzeugen, um die wenigstens eine Zustandsgröße zu regeln.
Dabei entspricht der fehlerhafte Betriebszustand des ersten Teilnetzes insbesondere einem Fehler des ersten Verbrauchers oder eines Schaltungszweigs des ersten Teilnetzes, welches den ersten Verbraucher beinhaltet. Dadurch kann ein erhöhter Stromfluss aufgrund eines Fehlerstroms oder Kurzschlusses in dem entsprechenden Schaltungszweig des ersten Teilnetzes resultieren. Entsprechend kann auch die Spannung in dem zweiten Teilnetz abfallen, insbesondere an dem zweiten Verbraucher.
Dass das Steuersignal moduliert erzeugt wird, sich also sein Wert zeitabhängig verändert, wird insbesondere dadurch erzielt, dass sich der Schaltzustand des Schaltelements zeitabhängig zwischen leitend und nichtleitend oder zwischen geschlossen und offen ändert.
Dadurch wird eine genauere, zuverlässige und schnelle Regelung der wenigstens einen Zustandsgröße erzielt.
Insbesondere kann die Regelungseinheit dazu eingerichtet sein, das Steuersignal während des fehlerhaften Betriebszustands durch Pulsweitenmodulation zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die wenigstens eine Zustandsgröße eine Spannung, die an dem zweiten Teilnetz anliegt, insbesondere an dem zweiten Verbraucher des zweiten Teilnetzes. Durch einen Fehler im ersten Teilnetz und einen entsprechenden Fehlerstrom im ersten Teilnetz würde beispielsweise durch die zweite Energiequelle des zweiten Teilnetzes Energie aus dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz übertragen, sodass die Spannung an dem zweiten Verbraucher ohne entsprechende Regelung abfallen würde.
Durch solche Ausführungsformen wird also das zweite Teilnetz, insbesondere der zweite Verbraucher, vor Unterspannung, also einer zu geringen Spannungsversorgung, geschützt, sodass die Verfügbarkeit des zweiten Teilnetzes erhöht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Regelungssollwert für die Spannung oder ein Regelungsgrenzwert für die Spannung größer oder gleich einer vorgegebenen zulässigen Minimalspannung für den zweiten Verbraucher.
Hier und im Folgenden ist unter der Spannung ein Betrag der Spannung zu verstehen, sofern es nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet ist.
Die Regelung der Spannung an dem zweiten Verbraucher kann beispielsweise auch indirekt durch Regelung einer Ausgangsspannung der zweiten Energiequelle erfolgen.
Im fehlerfreien Betrieb beider Energienetze ist die Spannung an dem zweiten Verbraucher insbesondere auch ohne eine Modulation der Leitfähigkeit des Schaltelements größer als die vorgegebene Minimalspannung beziehungsweise der Regelungssoll- oder Grenzwert, sodass die Regelungseinheit das Schaltelement in diesem Fall dauerhaft schließen kann.
Im fehlerhaften Betriebszustand, insbesondere des ersten Teilnetzes, kann es zu einem entsprechend hohen Fehlerstrom im ersten Teilnetz kommen, sodass die Spannung, wie beschrieben, auch im zweiten Teilnetz abfallen kann. Die Regelung hält dann die Spannung an dem zweiten Verbraucher größer als den Regelungsgrenzwert beziehungsweise regelt die Spannung auf den Regelungssollwert.
In Ausführungsformen, in denen der Regelungssollwert größer oder gleich der Minimalspannung für den zweiten Verbraucher ist, erfolgt die Regelung insbesondere auf den Regelungssollwert gegebenenfalls mit einer entsprechenden Toleranz. In Ausführungsformen, in denen der Regelungsgrenzwert für die Spannungen im zweiten Verbraucher größer oder gleich der Minimalspannung ist, erfolgt die Regelung insbesondere auf einen Sollbereich, wobei der Sollbereich insbesondere einseitig offen sein kann. Insbesondere entspricht der Regelungsgrenzwert dann einem minimalen Grenzwert des Sollbereichs.
In solchen Ausführungsformen kann also sichergestellt werden, dass die vorgegebene Minimalspannung für den zweiten Verbraucher nicht unterschritten wird, sodass dessen Verfügbarkeit sichergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die wenigstens eine Zustandsgröße eine elektrische Stromstärke eines Transferstroms von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz, insbesondere während des fehlerhaften Betriebszustands des ersten Teilnetzes.
Der Transferstrom fließt dabei insbesondere über das Schaltelement und gegebenenfalls über die induktive Komponente.
Ohne die Regelung nach dem verbesserten Konzept könnte das zweite Teilnetz keine Energie in Form des Transferstroms in das erste Teilnetz liefern, da die Teilnetze im fehlerhaften Betriebszustand dauerhaft voneinander getrennt würden.
Durch die Regelung kann damit auch ausreichend Energie vom zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz transferiert werden, sodass die Sicherung des ersten Verbrauchers möglichst schnell auslösen kann.
Dadurch wird die Verfügbarkeit der weiteren ersten Verbraucher in dem ersten Teilnetz erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Regelungssollwert für die Stromstärke oder ein Regelungsgrenzwert für die Stromstärke kleiner oder gleich einer vorgegebenen maximal schaltbaren Stromstärke des Schaltelements.
Im fehlerfreien Betrieb ist die Stromstärke beispielsweise auch ohne Moderation der Leitfähigkeit des Schaltelements kleiner als der maximal schaltbare Strom, sodass das Schaltelement geschlossen sein kann, insbesondere dauerhaft. Im fehlerhaften Betrieb stellt die Regelung dann beispielsweise sicher, dass ausreichend Energie von dem zweiten Teilnetz in das erste Teilnetz transferiert werden kann.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Energieversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Energieversorgungsnetz weist ein erstes Teilnetz mit einem ersten Verbraucher auf, sowie mit einer ersten Energiequelle zur Energieversorgung des ersten Verbrauchers. Das erste Teilnetz weist außerdem eine Sicherungsvorrichtung auf, insbesondere eine elektrische oder elektronische Sicherung, welche den ersten Verbraucher mit der ersten Energiequelle koppelt, insbesondere elektrisch leitend verbindet. Das Energieversorgungsnetz weist ein zweites Teilnetz mit einem zweiten Verbraucher und einer zweiten Energiequelle zur Energieversorgung des zweiten Verbrauchers auf. Das Energieversorgungsnetz weist eine Trennvorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept auf, wobei das erste Teilnetz durch das Trennelement schaltbar mit dem zweiten Teilnetz gekoppelt, insbesondere elektrisch leitend verbunden, ist.
Ein erster Anschluss des ersten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem ersten Ausgang des ersten Teilnetzes verbunden und ein zweiter Anschluss des ersten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem Referenzpotential verbunden.
Ein erster Anschluss des zweiten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem zweiten Ausgang des zweiten Teilnetzes verbunden und ein zweiter Anschluss des zweiten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem Referenzpotential verbunden.
Die Sicherungsvorrichtung kann auch als Überstromschutzvorrichtung bezeichnet werden und kann insbesondere als Schmelzsicherung ausgestaltet sein.
Insbesondere in solchen Ausführungsformen ist das verbesserte Konzept besonders vorteilhaft, da, wie oben bezüglich der Trennvorrichtung beschrieben, schnell ausreichend hoher Strom auch im Fehlerfall des ersten Teilnetzes vom zweiten Teilnetz an das erste Teilnetz bereitgestellt werden kann, sodass die Schmelzsicherung schnell auslösen kann und den fehlerhaften ersten Verbraucher sicher separieren kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Energieversorgungsnetzes enthält die erste Energiequelle einen elektrischen Generator und/oder einen ersten elektrischen Energiespeicher.
Der erste elektrische Energiespeicher kann dabei als Batterie oder Akkumulator ausgestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die erste Energiequelle einen Stromrichter, insbesondere einen Gleichrichter.
Der Stromrichter kann insbesondere zwischen dem Generator und dem ersten elektrischen Energiespeicher und/oder zwischen dem Generator und dem ersten Ausgang des ersten Teilnetzes angeordnet sein, um mittels des elektrischen Generators erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung zu wandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die zweite Energiequelle einen zweiten elektrischen Energiespeicher, der insbesondere als Batterie oder Akku ausgestaltet sein ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das erste Teilnetz wenigstens einen weiteren ersten Verbraucher, der parallel zu dem ersten Verbraucher angeordnet ist.
Ein erster Anschluss des wenigstens einen weiteren ersten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem ersten Ausgang des ersten Teilnetzes verbunden und ein zweiter Anschluss des wenigstens einen weiteren ersten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem Referenzpotential verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das zweite Teilnetz wenigstens einen weiteren zweiten Verbraucher, der parallel zu dem zweiten Verbraucher angeordnet ist.
Ein erster Anschluss des wenigstens einen weiteren zweiten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem zweiten Ausgang des zweiten Teilnetzes verbunden und ein zweiter Anschluss des wenigstens einen weiteren zweiten Verbrauchers ist insbesondere direkt oder indirekt mit dem Referenzpotential verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Verbraucher, und insbesondere der wenigstens eine erste weitere Verbraucher, insbesondere sind alle Verbraucher des ersten Teilnetzes, entsprechend einer ersten ASIL-Klassifikationsstufe ausgestaltet und der zweite Verbraucher, und insbesondere der wenigstens eine erste weitere zweite Verbraucher, beispielsweise sind alle Verbraucher des zweiten Teilnetzes, entsprechend einer zweiten ASIL-Klassifikationsstufe ausgestaltet. Die zweite ASIL-Klassifikationsstufe ist dabei höher als die erste ASIL-Klassifikationsstufe.
Unter den ASIL-Klassifikationsstufen können insbesondere Stufen nach dem Industriestandard ISO 26262 in der am 01.04.2020 gültigen Fassung verstanden werden.
Die ASIL-Klassifikationsstufen umfassen beispielsweise eine Klassifikationsstufe QM, eine Klassifikationsstufe ASIL-A, eine Klassifikationsstufe ASIL-B, eine Klassifikationsstufe ASIL-C und/oder eine Klassifikationsstufe ASIL-D.
Die Klassifikationsstufe ASIL-D entspricht dabei der höchsten ASIL-Klassifikationsstufe und die Klassifikationsstufe QM entspricht der niedrigsten Klassifikationsstufe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Verbraucher entsprechend der Klassifikationsstufe QM ausgestaltet und der zweite Verbraucher ist entsprechend der Klassifikationsstufe ASIL-B oder höher ausgestaltet.
In solchen Ausführungsformen sind alle sicherheitsrelevanten Verbraucher, beziehungsweise diejenigen Verbraucher, die eine höhere Sicherheitsrelevanz aufweisen, in dem zweiten Teilnetz angeordnet. Während weniger sicherheitsrelevante oder nicht sicherheitsrelevante Verbraucher, beispielsweise Komfortverbraucher, sind in dem ersten Teilnetz angeordnet sind.
Dadurch kann zum einen die Verfügbarkeit der sicherheitsrelevanten Verbraucher im Fehlerfall, insbesondere bei einem fehlerhaften Betriebszustand des ersten Teilnetzes, sichergestellt werden, indem die wenigstens eine Zustandsgröße geregelt wird, indem also insbesondere ein Energietransfer zwischen den Teilnetzen durch die Regelung begrenzt wird. Zum anderen wird durch die Regelung aber auch die Verfügbarkeit derjenigen nicht-sicherheitsrelevanten Verbraucher sichergestellt, die nicht fehlerhaft sind. Dadurch wird zum einen die Gesamtverfügbarkeit des Energieversorgungssystems erhöht und zum anderen ein Komfortgrad für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem Energieversorgungsnetz angegeben. Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungsnetzes für ein Kraftfahrzeug oder eines Kraftfahrzeugs angegeben. Das Energieversorgungsnetz weist dabei ein erstes Teilnetz auf sowie ein zweites Teilnetz, das durch ein Trennelement schaltbar mit dem ersten Teilnetz gekoppelt ist. Wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes wird durch Ansteuern des Schaltelements, insbesondere mittels einer Regelungseinheit des Energieversorgungsnetzes, geregelt.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens zum Betrieb des Energieversorgungsnetzes folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen der Trennvorrichtung nach dem verbesserten Konzept sowie des Energieversorgungsnetzes nach dem verbesserten Konzept und jeweils umgekehrt.
Insbesondere kann eine Trennvorrichtung nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen, oder es führt ein solches Verfahren durch. Insbesondere kann ein Energieversorgungsnetz nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen und es führt ein solches Verfahren durch.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Energieversorgungsnetzes nach dem verbesserten Konzept; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einerweiteren beispielhaften
Ausführungsform eines Energieversorgungsnetzes nach dem verbesserten Konzept. In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug K gezeigt, das ein Energieversorgungsnetz BN nach dem verbesserten Konzept aufweist.
Das Energieversorgungsnetz BN weist ein erstes Teilnetz BN1 und ein zweites Teilnetz BN2 auf sowie eine Trennvorrichtung T, welche die Teilnetze BN1, BN 2 miteinander koppelt.
Das erste Teilnetz BN1 weist eine erste Energiequelle Q1 auf, die mit der Trennvorrichtung T verbunden ist sowie einen ersten Verbraucher V1, der zwischen dem Ausgang der ersten Energiequelle Q1 und einem Referenzpotential, insbesondere einem Masseanschluss, verbunden ist. Dabei ist insbesondere eine Sicherung SNG, beispielsweise eine Schmelzsicherung, zwischen dem ersten Verbraucher V1 und der ersten Energiequelle Q1 angeordnet.
Das zweite Teilnetz BN2 weist eine zweite Energiequelle Q2 auf, die mit der Trennvorrichtung T verbunden ist sowie einem zweiten Verbraucher V2, der zwischen dem Referenzpotential und einem Ausgang der zweiten Energiequelle Q2 angeordnet ist.
Die Trennvorrichtung T weist ein Schaltelement TE auf, das mit den Teilnetz BN1, BN2 gekoppelt ist, sodass das Schaltelement TE im geschlossenen Zustand die Teilnetze BN1, BN2 elektrisch leitend miteinander verbindet und im offenen Zustand oder geöffneten Zustand die Teilnetze BN1, BN2 voneinander trennt.
Das Schaltelement TE weist insbesondere einen ersten Anschluss auf, der mit dem ersten Teilnetz BN1 verbunden ist sowie einem zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Teilnetz BN2 verbunden ist.
Das Schaltelement TE kann beispielsweise als Transistor, beispielsweise als IGBT oder FET, beispielsweise MOS-FET, ausgestaltet sein. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Schaltelements TE entsprechen dann beispielsweise einem Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss des Schaltelements TE oder umgekehrt beziehungsweise einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des Schaltelements TE oder umgekehrt. Außerdem weist das Schaltelement TE einen Steueranschluss auf, beispielsweise eine Gate-Elektrode. Die Trennvorrichtung T enthält außerdem eine Regelungseinheit DR, die mit dem Schaltelement TE, insbesondere dem Steueranschluss, verbunden ist. Die Regelungseinheit DR kann insbesondere ein Steuersignal, insbesondere eine Gate- Spannung, an dem Steueranschluss bereitstellen, um das Schaltelement TE zu öffnen oder zu schließen, also in den geöffneten Zustand oder in den geschlossenen Zustand zu schalten.
Die Regelungseinheit DR ist dabei dazu eingerichtet, durch das Bereitstellen des Steuersignals das Schaltelement TE derart anzusteuern, dass wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes BN geregelt wird.
In Fig. 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Energieversorgungsnetzes BN nach dem verbesserten Konzept dargestellt, wobei das Energieversorgungsnetz BN der Fig. 1 beispielsweise entsprechend dem Energieversorgungsnetz BN der Fig. 2 ausgestaltet sein kann. Insbesondere basiert das Energieversorgungsnetz BN der Fig. 2 auf dem Energieversorgungsnetz BN der Fig. 1, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede beziehungsweise Besonderheiten eingegangen wird.
In der Ausführungsform des Energieversorgungsnetzes BN nach Fig. 2 weist die Trennvorrichtung T einen Transistor, beispielsweise einen FET als Schaltelement TE auf, dessen Gate-Elektrode mit der Regelungseinheit DR verbunden ist. Die Trennvorrichtung T weist außerdem eine induktive Komponente SBE auf, die beispielsweise als Drosselspule oder als Leitungsinduktivität ausgebildet sein kann. Die induktive Komponente SBE ist mit dem Schaltelement TE in Reihe geschaltet, insbesondere zwischen den Ausgängen des ersten und des zweiten Teilnetzes BN1, BN2 in Reihe geschaltet.
Außerdem enthält die Trennvorrichtung T einen Freilaufpfad mit einer Freilaufdiode D und einem Vorwiderstand W, der mit der Freilaufdiode D in Reihe geschaltet ist. Der Freilaufpfad, insbesondere die Reihenschaltung mit der Freilaufdiode D und dem Vorwiderstand W, ist parallel zu der induktiven Komponente SBE geschaltet.
In alternativen Ausführungsformen kann der Freilaufpfad auch zwischen einem Anschluss der induktiven Komponente SBE und dem Referenzpotential angeordnet sein.
Die Regelungseinheit DR weist beispielsweise einen Regler R auf, sowie eine Sensorvorrichtung S. Die Sensorvorrichtung S kann die wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes BN erfassen oder messen und der Regler R kann basierend auf der gemessenen wenigstens einen Zustandsgröße einen Wert für das Steuersignal bestimmen und der Steuerelektrode des Schaltelements TE bereitstellen.
Die erste Energiequelle Q1 kann beispielsweise eine erste Batterie (nicht gezeigt) und einen Generator (nicht gezeigt) beinhalten. Die erste Energiequelle Q1 kann auch einen Stromrichter KNV aufweisen, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, eine Ausgangsspannung des Generators in eine Gleichspannung umzuwandeln und beispielsweise dem ersten Verbraucher V1 und/oder der ersten Batterie bereitzustellen. Die zweite Energiequelle Q2 enthält insbesondere eine zweite Batterie.
Beispielsweise kann das erste Teilnetz BN1 einen weiteren ersten Verbraucher VT und eine weitere Sicherung SNG‘ aufweisen. Der weitere erste Verbraucher VT und die weitere Sicherung SNG‘ sind beispielsweise in Reihe geschaltet und zwischen dem Referenzpotential und dem Ausgang des ersten Teilnetzes BN1 angeordnet.
Beispielsweise kann das zweite Teilnetz BN2 einen weiteren zweiten Verbraucher V2’ aufweisen, der zwischen dem Referenzpotential und dem Ausgang des zweite Teilnetzes BN2 angeordnet ist.
Bei den zweiten Verbrauchern V2, V2‘ kann es sich beispielsweise um sicherheitsrelevante Verbraucher handeln und bei der zweiten Energiequelle Q2 kann es sich um eine sichere Energiequelle handeln. Die zweiten Verbraucher V2, V2‘ und/oder die zweite Energiequelle Q2 können beispielsweise entsprechend ASIL-B ausgestaltet sein.
Die ersten Verbraucher V1, VT können beispielsweise gemäß der ASIL- Klassifikationsstufe QM ausgestaltet sein und durch die erste Energiequelle Q1 mit Energie versorgt werden.
In einem Normalbetrieb oder einem fehlerfreien Betrieb des Energieversorgungsnetzes BN ist das Schaltelement TE, insbesondere angesteuert durch die Regelungseinheit DR, geschlossen. Die zweite Energiequelle Q2 kann also insbesondere durch die erste Energiequelle Q1 mit Energie versorgt werden. Auch falls das zweite Teilnetz BN2 nicht einwandfrei funktioniert, beispielsweise aufgrund von Diagnoseschlupf der zweiten Energiequelle Q2, können die sicherheitsrelevanten Verbraucher V2, V2‘ auch über die erste Energiequelle Q1 mit Energie versorgt werden.
Im Fall eines Fehlers, beispielsweise eines Kurzschlusses, im ersten Teilnetz BN1, insbesondere dem ersten Verbraucher V1, ist es erstrebenswert, den fehlerhaften Verbraucher V1 möglichst schnell durch Auslösen der Sicherung SNG zu separieren. Dazu ist es insbesondere erforderlich, dass der Sicherung SNG, die beispielsweise als Schmelzsicherung ausgestaltet ist, genügend Energie zum Auslösen bereitgestellt wird.
In diesem Fall sorgt die Regelung der wenigstens einen Zustandsgröße durch die Regelungseinheit DR dafür, dass die Trennvorrichtung T die beiden Teilnetze BN1, BN2 nicht vollständig voneinander separiert, sondern implementiert eine Strombegrenzungsfunktion, die die Verbindung der beiden Teilnetze BN1, BN2 über die induktive Komponente SBE als strombegrenzendes Element aufrechterhält.
Dadurch kann im Fehlerfall ein geregelter Betrieb durch Regelung auf die wenigstens eine Zustandsgröße erfolgen.
Die Regelung kann dabei anhand von an sich bekannter Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Kaskadenregelung zum Einsatz kommen, die eine Stromreglung für das erste Teilnetz BN1 sowie eine unterlagerte Spannungsregelung für das zweite Teilnetz BN2 umfasst.
Damit wird beispielsweise erreicht, dass im Fehlerfall der maximale Fehlerstrom für das erste Teilnetz BN1 aus der zweiten Energiequelle Q2 des zweiten Teilnetzes BN2 geliefert werden kann, um schnellstmöglich die Sicherung SNG im fehlerhaften Zweig auszulösen. Der maximale Fehlerstrom kann dabei stets unterhalb der Schaltgrenze, also des maximal schaltbaren Stroms, des Schaltelements TE eingestellt werden, die sich aus der Dimensionierung des Schaltelements TE ergibt.
Die unterlagerte Spannungsregelung im zweiten Teilnetz BN2 dient beispielsweise zum Schutz der sicherheitsrelevanten Verbraucher V2, V2‘ vor Unterspannung, die zum Ausfall der entsprechenden sicherheitsrelevanten Verbraucher V2, V2‘ führen könnte. Dementsprechend kann eine Sollwertvorgabe für die Spannungsregelung einer minimal zulässigen Spannung an den sicherheitsrelevanten Verbrauchern V2, V2‘ entsprechen. Diese Spannungsregelung kann gegebenenfalls auch indirekt über die Ausgangsspannung der zweiten Energiequelle Q2 geregelt werden.
Im Fall eines Fehlers, beispielsweise eines Kurzschlusses, an dem nicht sicherheitsrelevanten ersten Verbraucher V1 kann ein derart hoher Fehlerstrom oder Kurzschlussstrom entstehen, dass die Spannung an den sicherheitsrelevanten Verbrauchern V2, V2‘ ohne die Regelung derart stark absinken würde, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher V2, V2‘ ihre identifizierten Sicherheitsfunktionen nicht mehr zuverlässig ausführen könnten. Dieser Zustand wird durch die Trennvorrichtung T vermieden, indem diese getaktet wird, beispielsweise im Mikrosekundenbereich, die Teilnetze BN1, BN2 voneinander separiert und wieder verbindet, indem das Schaltelement TE beispielsweise durch Pulsweitenmodulation angesteuert wird.
Im Fehlerfall würde ohne die Regelung der wenigstens einen Zustandsgröße aber auch die Spannung in dem ersten Teilnetz BN1 derart stark absinken, dass die erste Energiequelle Q1 nicht mehr in der Lage wäre, die Sicherung SNG auszulösen. In dem Fall wären wichtige oder komfortrelevante Funktionen für den Betrieb des Kraftfahrzeugs K durch die Verbraucher V1, V2, VT nicht mehr verfügbar.
Durch die Trennvorrichtung und die beschriebene Regelung kann auch dieser Zustand vermieden werden.
Im Fehlerfall wird also der maximal verfügbare und zulässige Strom über die induktive Komponente SBE geregelt. Die gekoppelte Spannungsregelung kann sicherstellen, dass die minimal zulässige Spannung an den sicherheitsrelevanten Verbrauchern V2, V2‘ nicht unterschritten und die Schaltgrenze des Schaltelements TE nicht überschritten wird. Dadurch kann die Sicherung SNG im Fehlerfall des ersten Verbrauchers V1 schnellstmöglich ausgelöst werden und die Energieversorgung im ersten Teilnetz BN1 kann weiterhin aufrechterhalten werden.
Durch Verwendung der induktiven Komponente SBE und der entsprechenden Stromregelung ist die Verlustleistung der Trennvorrichtung insbesondere auch im dauerhaften Betrieb ohne weitere aufwändige Maßnahmen, wie eine thermische Überwachung, möglich.
Wie anhand der Figuren beschrieben, wird damit also die Verfügbarkeit des Energieversorgungsnetzes erhöht. SEITE BEABSICHTIGT LEER GELASSEN
Bezugszeichenliste
BN Energieversorgungsnetz
BN1, BN2 Teilnetze D Freilaufdiode
DR Regelungseinheit
K Kraftfahrzeug
KNV Stromrichter Q1, Q2 Energiequellen R Regler S Sensorvorrichtung
SBE induktive Komponente
SNG, SNG‘ Sicherungen
T Trennvorrichtung
TE Schaltelement
V1, V1‘, V2, V2‘ Verbraucher w Vorwiderstand

Claims

Patentansprüche
1. Trennvorrichtung für ein Energieversorgungsnetz (BN) eines Kraftfahrzeugs (K), wobei das Energieversorgungsnetz (BN) ein erstes Teilnetz (BN1) und ein zweites Teilnetz (BN2) aufweist; und die Trennvorrichtung (T) ein Schaltelement (TE) aufweist, um das erste Teilnetz (BN1) schaltbar mit dem zweiten Teilnetz (BN2) zu koppeln; dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (T) eine Regelungseinheit (DR) enthält, die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes (BN) durch Ansteuern des Schaltelements (TE) zu regeln.
2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (T) eine induktive Komponente (SBE) enthält, die zwischen dem Schaltelement (TE) und einem der Teilnetze (BN1, BN2) angeordnet ist.
3. Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (T) eine Freilaufkomponente (D, W) enthält, die parallel zu der induktiven Komponente (SBE) angeordnet ist oder zwischen der induktiven Komponente (SBE) und einem konstanten Referenzpotential angeordnet ist.
4. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (DR) dazu eingerichtet ist, das Schaltelement (TE) während eines fehlerfreien Betriebszustands des Energieversorgungsnetzes (BN) derart anzusteuern, dass es dauerhaft geschlossen ist.
5. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (DR) dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal zur Ansteuerung des Schaltelements (TE) in einem fehlerhaften Betriebszustand des ersten Teilnetzes (BN1) moduliert zu erzeugen oder zu modulieren, um die wenigstens eine Zustandsgröße zu regeln.
6. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße eine Spannung beinhaltet, die an einem zweiten Verbraucher (V2) des zweiten Teilnetzes (BN2) anliegt.
7. Trennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelungssollwert für die Spannung oder ein Regelungsgrenzwert für die Spannung größer oder gleich einer vorgegebenen Minimalspannung für den zweiten Verbraucher (V2) ist.
8. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße eine elektrische Stromstärke eines Transferstroms von dem zweiten Teilnetz (BN2) in das erste Teilnetz (BN1) enthält.
9. Trennvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelungssollwert für die Stromstärke oder ein Regelungsgrenzwert für die Stromstärke kleiner oder gleich einer vorgegebenen maximal schaltbaren Stromstärke des Schaltelements (TE) ist.
10. Energieversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug (K), aufweisend ein erstes Teilnetz (BN1) mit einem ersten Verbraucher (V1), einer ersten Energiequelle (Q1) zur Energieversorgung des ersten Verbrauchers (V1) und einer Sicherungsvorrichtung (SNG), welche den ersten Verbraucher (V1) mit der ersten Energiequelle (Q1) koppelt; und ein zweites Teilnetz (BN2) mit einem zweiten Verbraucher (V2) und einer zweiten Energiequelle (Q2) zur Energieversorgung des zweiten Verbrauchers (V2); dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsnetz (BN) eine Trennvorrichtung (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei das erste Teilnetz (BN1) durch das Trennelement (TE) schaltbar mit dem zweiten Teilnetz (BN2) gekoppelt ist.
11. Energieversorgungsnetz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Sicherung (SNG) als Schmelzsicherung ausgestaltet ist.
12. Energieversorgungsnetz nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiequelle (Q1) einen elektrischen Generator enthält; und/oder die erste Energiequelle (Q1) einen ersten elektrischen Energiespeicher enthält; und/oder die erste Energiequelle (Q1) einen Stromrichter (KNV), insbesondere einen Gleichrichter, enthält; und/oder die zweite Energiequelle (Q2) einen zweiten elektrischen Energiespeicher enthält.
13. Energieversorgungsnetz nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilnetz (BN1) wenigstens einen weiteren ersten Verbraucher (VT) enthält, der parallel zu dem ersten Verbraucher (V1) angeordnet ist; und/oder das zweite Teilnetz (BN2) wenigstens einen weiteren zweiten Verbraucher (V2‘) enthält, der parallel zu dem zweiten Verbraucher (V2) angeordnet ist.
14. Energieversorgungsnetz nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbraucher (V1) entsprechend einer ersten ASIL-Klassifikationsstufe ausgestaltet ist und der zweite Verbraucher (V2) entsprechend einer zweiten ASIL- Klassifikationsstufe ausgestaltet ist, wobei die zweite ASIL-Klassifikationsstufe höher ist als die erste ASIL-Klassifikationsstufe; und/oder der erste Verbraucher (V1) entsprechend einer ASIL-Klassifikationsstufe QM ausgestaltet ist und der zweite Verbraucher (V2) entsprechend einer ASIL- Klassifikationsstufe ASIL-B oder höher ausgestaltet ist.
15. Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug, welches ein erstes Teilnetz (BN1) aufweist sowie ein zweites Teilnetz (BN2), das durch ein Trennelement (TE) schaltbar mit dem ersten Teilnetz (BN1) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zustandsgröße des Energieversorgungsnetzes (BN) durch Ansteuern des Schaltelements (TE) geregelt wird.
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