WO2024170302A1

WO2024170302A1 - Bordnetz für ein fahrzeug sowie fahrzeug

Info

Publication number: WO2024170302A1
Application number: PCT/EP2024/052621
Authority: WO
Inventors: Dordo Stankovic; Rainer Winzer; Nicolas JÄCKEL
Original assignee: Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2023-02-16
Filing date: 2024-02-02
Publication date: 2024-08-22
Also published as: DE102023103773A1

Abstract

Es wird ein elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug offenbart, aufweisend: - einen ersten Bordnetzabschnitt (2), - einen zweiten Bordnetzabschnitt (3), - mindestens einen dritten Bordnetzabschnitt (4), und - eine galvanisch trennende Koppeleinheit (5), wobei der erste Bordnetzabschnitt (2), der zweite Bordnetzabschnitt (3) und der dritte Bordnetzabschnitt (4) jeweils mit der Koppeleinheit (5) verbunden sind, wobei die Koppeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, über ein Koppelelement (5a) elektrische Spannung eines Bordnetzabschnittes (2, 3, 4) induktiv an mindestens einem der anderen Bordnetzabschnitte (2, 3, 4) zu übertragen. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem solchen Bordnetz (1) offenbart.

Description

BESCHREIBUNG

Bordnetz für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug.

Elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen über ein Bordnetz, das unterschiedliche Spannungsniveaus aufweist, wobei insbesondere einzelne Verbraucher und einzelne Energiespeicher mit jeweils einem dieser Spannungsniveaus in Verbindung stehen. Ein solches Fahrzeug kann eine Brennstoffzelle und/oder einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei eine elektrische Antriebsmaschine mit dem Strom davon gespeist werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Ein solcher Abschnitt des Bordnetzes, mit dem die Brennstoffzelle bzw. der Energiespeicher in Verbindung stehen, wird üblicherweise als Hochvoltbordnetz bezeichnet. Typische Spannungsniveaus liegen dabei oberhalb von 400 V, insbesondere im Bereich zwischen 400 bis 1200 V, wobei die Entwicklung auch noch höhere Spannungsniveaus zum Ziel hat. Ein anderer Abschnitt, der mit Verbrauchern oder Energiespeichern verbunden ist, die ein niedrigeres Spannungsniveau benötigen, kann als Niedervoltbordnetz bezeichnet werden. Typische Spannungsniveaus im Nutzfahrzeugbereich sind dabei 12 bis 48 V. Dabei können Verbraucher, die sich im Niedervoltbordnetz befinden auch sicherheitskritische Funktionen des Fahrzeugs insbesondere bei automatisiertem Fährbetrieb übernehmen, was eine ausfallsichere Gestaltung des Fahrzeugbordnetzes erfordert. Gleichzeitig ist es nötig Komponenten eines Bordnetzes unterbrechungsfrei zu versorgen, wenn deren primäre Energieversorgung ausgefallen ist.

Dies erfordert elektrische und elektronische Bauelemente wie Spannungswandler, die zwischen den einzelnen Bordnetzabschnitten elektrische Spannungen und Leistung übertragen können, was mit steigender Zahl von Bordnetzabschnitten zu einer Erhöhung von elektronischen Bauelementen führt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bordnetz für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, das eine Reduzierung dieser Bauelemente aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug vorgesehen. Das Bordnetz weist einen ersten Bordnetzabschnitt, einen zweiten Bordnetzabschnitt, mindestens einen dritten Bordnetzabschnitt und eine galvanisch trennende Koppeleinheit auf. Der erste Bordnetzabschnitt, der zweite Bordnetzabschnitt und der dritte Bordnetzabschnitt sind jeweils mit der Koppeleinheit verbunden, wobei die Koppeleinheit dazu ausgebildet ist, über ein Koppelelement elektrische Spannung eines Bordnetzabschnittes induktiv an mindestens einen der anderen Bordnetzabschnitte zu übertragen. Vorzugsweise ist die Koppeleinheit dazu ausgebildet, die induktiv übertragene Spannung zu wandeln.

Die Spannung der einzelnen Bordnetzabschnitte liegt dabei an jeweiligen elektrischen Eingängen der Koppeleinheit an. Somit liegt am Eingang mit dem der erste Bordnetzabschnitt verbunden ist, die Spannung des ersten Bordnetzabschnitts an. Entsprechend liegt am Eingang mit dem der zweite Bordnetzabschnitt verbunden ist, die Spannung des zweiten Bordnetzabschnitts und am Eingang mit dem der dritte Bordnetzabschnitt verbunden ist, die Spannung des dritten Bordnetzabschnitts an.

Durch die galvanisch trennende Koppeleinheit ist eine direkte Übertragung von elektrischem Strom von einem Bordnetzabschnitt zu einem anderen nicht möglich. Die Bordnetzabschnitte, die insbesondere auf unterschiedlichen Spannungsniveaus betrieben werden, sind so gegeneinander geschützt.

Auf diese Weise kann eine Spannungswandlung bzw. Spannungsübertragung zwischen einzelnen Bordnetzabschnitten erfolgen, wobei dafür lediglich ein Bauelement, nämlich die Koppeleinheit benötigt wird. Somit kann auch elektrische Leistung von einem Bordnetzabschnitt zu einem oder mehreren der anderen Bordnetzabschnitte übertragen werden. Vorzugsweise ist die Koppeleinheit, derart ausgebildet, dass ein magnetischer Fluss, der das Koppelelement durchsetzt, in Wechselwirkung mit dem ersten Bordnetzabschnitt, dem zweiten Bordnetzabschnitt und dem dritten Bordnetzabschnitt beeinflusst werden kann. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass auch weitere Bordnetzabschnitte, wie der weiter unten beschriebene weitere Bordnetzabschnitt zur Beeinflussung des magnetischen Flusses ausgebildet sind. Über die Anschlüsse können die Bordnetzabschnitte

Die Übertragung von elektrischer Leistung von einem Bordnetzabschnitt zu einem anderen erfolgt somit durch Manipulation des magnetischen Flusses.

Um mit dem magnetischen Fluss entsprechend wechselwirken zu können weist die Koppeleinheit vorzugsweise zwischen dem jeweiligen Anschluss zu einem der Bordnetzabschnitte und dem Koppelelement eine Spule auf, wobei sich das Koppelelement durch die Spule erstreckt. Durch die Spulen besteht somit die Möglichkeit entsprechend ihrer Windungszahl eine Spannungsanpassung entsprechend dem Transformatorprinzip vorzunehmen. Liegt an der Spule mit der Windungszahl Ni , die mit dem Anschluss verbunden ist, der mit dem ersten Bordnetzabschnitt verbunden ist, eine erste Spannung Ui an, so erzeugt dies einen magnetischen Fluss in dem Koppelelement. Dieser durchsetzt auch eine zweite Spule mit der Windungszahl N2, die mit dem Anschluss verbunden ist, der mit dem zweiten Bordnetzabschnitt verbunden ist. Aus dem Verhältnis der Windungszahlen ergibt sich dann die Spannung U2, die am Anschluss anliegt, der mit dem zweiten Bordnetzabschnitt verbunden ist:

Ü2 = N2 / N1 X Ü1

Eine Spannung U3, die an dem Anschluss anliegt, der mit dem dritten Bordnetzabschnitt verbunden ist, ergibt sich dann mit der Windungszahl N3 der Spule, die mit diesem Anschluss verbunden ist, zu:

U₃ = N3 / N1 x Ui Die Koppeleinheit kann somit an den einzelnen Anschlüssen, mit denen sie mit den einzelnen Bordnetzabschnitten verbunden ist, unterschiedliche Spannungen aufweisen bzw. bereitstellen. Insbesondere kann der zweite Bordnetzabschnitt ein Spannungsniveau von 12 bis 48 V, vorzugsweise von 24 bis 48 V und/oder der dritte Bordnetzabschnitt ein Spannungsniveau von 12 bis 48 V, vorzugsweise von 12 bis 24 V aufweisen. Der erste Bordnetzabschnitt ist dann vorzugsweise als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet.

Vorzugsweise besteht das Koppelelement aus einem ferromagnetischen Material oder es weist bevorzugt ein ferromagnetisches Material auf. Dies erleichtert die Ausbreitung und Lenkung des magnetischen Flusses innerhalb des Koppelelements und insbesondere hin zu den vorstehend erwähnten Spulen. Zudem wird eine Streuung des magnetischen Flusses reduziert. Das verwendete ferromagnetische Material umfasst beispielsweise Eisen, Kobalt und/oder Nickel.

Vorzugsweise weist die Koppeleinheit Spannungsrichtelemente auf, die dazu ausgebildet sind, die elektrische Spannung umzurichten, die durch den ersten Bordnetzabschnitt, den zweiten Bordnetzabschnitt oder den dritten Bordnetzabschnitt an dem jeweiligen Anschluss der Koppeleinheit anliegt, so dass die jeweils umgerichtete Spannung an der jeweiligen induktiven Kopplung mit dem Koppelelement anliegt. Der magnetische Fluss innerhalb des Koppelelements wird dann durch diese umgerichtete Spannung beeinflusst. Ferner kann auch eine Spannung, die an der induktiven Kopplung durch einen induzierten magnetischen Fluss anliegt, durch das mit der induktiven Kopplung verbundene Spannungsrichtelement umgerichtet werden, so dass eine Spannungsart vorliegt, die der dort angeschlossene Bordnetzabschnitt benötigt.

Vorzugsweise weist ein Spannungsrichtelement eine Brückenschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, mittels entsprechender Ansteuerung von Schaltern, insbesondere Transistoren, der Brückenschaltung, eine anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln, die dann an der induktiven Kopplung anliegt. Alternativ oder zusätzlich weist die Koppeleinheit Spannungswandlungselemente auf, die dazu ausgebildet sind, die elektrische Spannung zu wandeln, die durch den ersten Bordnetzabschnitt, den zweiten Bordnetzabschnitt oder den dritten Bordnetzabschnitt an der Koppeleinheit anliegt, so dass die jeweils gewandelte Spannung an der jeweiligen induktiven Kopplung mit dem Koppelelement anliegt.

Vorzugsweise weist der erste Bordnetzabschnitt einen Energiespeicher auf. Dabei können Verbraucher, die mit dem ersten Bordnetzabschnitt verbunden sind, aus dem Energiespeicher versorgt werden. Es kann aber auch Leistung an den Energiespeicher zugeführt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine generatorisch betriebene elektrische Maschine eine entsprechende Leistung innerhalb des ersten Bordnetzabschnitts zur Verfügung stellt.

Alternativ oder zusätzlich weist der zweite Bordnetzabschnitt einen Energiespeicher auf. Dabei können Verbraucher, die mit dem zweiten Bordnetzabschnitt verbunden sind, aus dem Energiespeicher versorgt werden. Es kann aber auch Leistung an den Energiespeicher zugeführt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn Leistung über die Koppeleinheit von einem anderen Bordnetzabschnitt, insbesondere von dem ersten Bordnetzabschnitt, an den zweiten Bordnetzabschnitt über die Koppeleinheit zugeführt wird.

Einzelne Energiespeicher können geringer in Kapazität dimensioniert werden. Dies liegt daran, dass der Bordnetzabschnitt in dem dieser Energiespeicher positioniert ist, über die Koppeleinheit durch einen anderen Bordnetzabschnitt versorgt werden kann.

Beispielsweise kann so von einem Hochvoltbordnetzabschnitt generative Leistung einer elektrischen Antriebsmaschine an den einzelnen Energiespeicher übertragen werden.

Vorzugsweise ist die Koppeleinheit dazu ausgebildet, Leistung von einem Bordnetzabschnitt zu mindestens einem anderen Bordnetzabschnitt zu übertragen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Energiespeicher oder eine andere Energiequelle, die dazu ausgebildet ist, den entsprechenden Bordnetzabschnitt mit Energie zu versorgen, ausgefallen oder leer ist. Die Energieversorgung kann dann über die Koppeleinheit sichergestellt werden, die dann Leistung eines anderen Bordnetzabschnitts zur Verfügung stellt. Beispielsweise kann so der erste Bordnetzabschnitt den zweiten und/oder den dritten Bordnetzabschnitt versorgen oder umgekehrt. Damit erlaubt die Koppeleinheit eine bidirektionale Versorgung. Dies gilt insbesondere für die Versorgung von Hochvolt- zu Niedervoltbordnetzabschnitten und umgekehrt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bordnetz so ausgebildet, dass ausschließlich ein oder mehrere Energiespeicher vorhanden sind, die sich in Hochvoltbordnetzabschnitten befinden. Somit wird in diesem Fall eine Versorgung von Niedervoltbordnetzabschnitten durch Spannungs- oder Leistungsübertragung von diesen Hochvoltbordnetzabschnitten über die Koppeleinheit zu den Niedervoltabschnitten durchgeführt. Vorteilhafterweise können so Energiespeicher auf der Niedervoltseite bzw. in den Niedervoltbordnetzabschnitten eingespart werden.

Vorzugsweise ist zwischen mindestens zwei Bordnetzabschnitten eine Leitungsverbindung vorgesehen, über die zwischen den Bordnetzabschnitten eine Leistungs- und/oder Spannungsübertragung erfolgen kann. Diese Leitungsverbindung dient zur Leistungs- und/oder Spannungsübertragung bei Umgehung der Koppeleinheit. Auf diese Weise kann ein Bordnetzabschnitt einen anderen Bordnetzabschnitt versorgen. Diese Versorgung kann im Normalzustand vorgesehen sein, d.h., dass ein Bordnetzabschnitt immer durch einen anderen Bordnetzabschnitt versorgt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Bordnetzabschnitt, der stets durch einen anderen Bordnetzabschnitt versorgt wird, keinen eigenen Energiespeicher aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass über diese Leitungsverbindung eine redundante Versorgung des fraglichen Bordnetzabschnitts erfolgt. D.h., dass die Versorgung des fraglichen Bordnetzabschnitts über die Leitungsverbindung erfolgen kann, wenn die eigentlich vorgesehene Versorgung bzw. eine andere Versorgung dieses Bordnetzabschnitts ausgefallen ist. Sollten die durch die Leitungsverbindung verbundenen Bordnetzabschnitte unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen, so können zur Spannungsangleichung Spannungswandler vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die über die Leitungsverbindung verbundenen Bornetzabschnitte Hochvolt- oder Niedervoltbordnetzabschnitte. Vorzugsweise ist der erste Bordnetzabschnitt als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet und der zweite Bordnetzabschnitt als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet. Das Spannungsniveau, auf dem der Hochvoltbordnetzabschnitt betrieben wird, kann dann oberhalb von 400 V und insbesondere zwischen 400 und 1200 V liegen. Spannungsniveaus oberhalb von 1200 V sind auch möglich. Der Niedervoltbordnetzabschnitt weist eine Spannung auf, die insbesondere zwischen 12 und 48 V, vorzugsweise bei 24 V, liegt.

Vorzugsweise ist bei dieser Konfiguration, bei der der erste Bordnetzabschnitt als Hochvoltbordnetzabschnitt und der zweite Bordnetzabschnitt als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist, eine Übertragung von Leistung von dem ersten Bordnetzabschnitt an den zweiten Bordnetzabschnitt über die Koppeleinheit möglich. Dies ermöglicht eine redundante Versorgung mindestens eines Verbrauchers der mit dem zweiten Bordnetzabschnitt verbunden ist. Bevorzugt ist das Bordnetz dann derart ausgebildet, dass sicherheitskritische Elemente, die im Niedervoltbereich betrieben werden, Verbraucher des zweiten Bordnetzabschnitts darstellen. Fällt eine Energieversorgung des zweiten Bordnetzabschnitts aus, beispielsweise weil der im zweiten Bordnetzabschnitt befindliche Energiespeicher leer oder defekt ist, kann eine Versorgung dieser Verbraucher nach wie vor durch den ersten Bordnetzabschnitt über die Koppeleinheit erfolgen. Dies erlaubt insbesondere bei automatisierten Fahrzeugen eine redundante Energieversorgung bei gleichzeitiger Reduzierung der Komplexität bzw. der Zahl der Bauelemente. Die Erfindung stellt somit eine Möglichkeit dar, eine Absicherung der Energieversorgung von Komponenten zu erreichen, die für HAD Level 4 oder 5 verwendet werden. Somit hat ein Ausfall der Energieversorgung des zweiten Bordnetzabschnitts nicht automatisch zur Folge, dass ein Fahrer eingreifen muss, um das Fahrzeug zu kontrollieren. Vielmehr kann die Funktionalität dieser Komponenten weiter erhalten bleiben, da eine Versorgung beispielsweise durch den ersten Bordnetzabschnitt über die Koppeleinheit erfolgen kann.

Vorzugsweise weist der zweite Bordnetzabschnitt oder die Koppeleinheit einen Anschluss auf, über den eine elektrische Spannung von einer externen Vorrichtung angelegt werden kann, um den zweiten Bordnetzabschnitt mit Spannung zu versorgen. Dabei kann es sich um eine externe Spannungsquelle handeln, mit der beispielsweise ermöglicht wird, einen Energiespeicher des zweiten Bordnetzabschnitts wieder aufzuladen. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass die Koppeleinheit ausgehend von der an diesem Anschluss angelegten Spannung auch den ersten Bordnetzabschnitt mit Spannung versorgt. So kann auch ein Energiespeicher, der in dem ersten Bordnetzabschnitt vorgesehen ist, mit Spannung versorgt und aufgeladen werden. Die externe Spannungsquelle kann insbesondere eine Fahrzeugbatterie eines anderen Fahrzeugs sein. Diese weist üblicherweise eine Niedervoltspannung auf. Es kann aber auch eine Spannungsquelle wie ein Ladegerät oder eine Wallbox vorgesehen sein, um über diesen Anschluss eine Aufladung der Energiespeicher des Fahrzeugs vorzunehmen.

Allgemein kann eine Versorgung des ersten Bordnetzabschnitts insbesondere dann, wenn dieser als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist, von dem zweiten Bordnetzabschnitt aus durchgeführt werden, wobei die Versorgung über die Koppeleinheit erfolgt. Somit kann eine Versorgung sowohl von dem ersten Bordnetzabschnitt zu dem zweiten Bordnetzabschnitt als auch umgekehrt erfolgen. Die Koppeleinheit erlaubt damit eine bidirektionale Versorgung.

Vorzugsweise weist der dritte Bordnetzabschnitt keinen Energiespeicher auf. Stattdessen wird der dritte Bordnetzabschnitt durch den ersten Bordnetzabschnitt und/oder den zweiten Bordnetzabschnitt mit Spannung versorgt. Die Spannungsversorgung kann dabei über die Koppeleinheit erfolgen, wenn sich die Spannung des dritten Bordnetzabschnitts von der des ersten Bordnetzabschnitts und/oder von der des zweiten Bordnetzabschnitts unterscheidet. Die Spannungsversorgung kann stattdessen auch direkt erfolgen, wenn die Spannungsniveaus gleich sind. Bei einer Versorgung über die Koppeleinheit entfällt der Bedarf nach weiteren Spannungswandlern, die zwischen den Bordnetzabschnitten vorgesehen werden müssten.

Vorzugsweise ist mindestens ein weiterer Bordnetzabschnitt vorgesehen, der mit der Koppeleinheit verbunden ist. Dieser weitere Bordnetzabschnitt kann ein Spannungsniveau aufweisen, das dem der zuvor erwähnten Bornetzabschnitte entspricht oder sich von diesem unterscheidet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem weiteren Bordnetzabschnitt um einen Hochvoltbordnetzabschnitt handelt. Vorzugsweise besteht dann eine Konfiguration, wobei der erste Bordnetzabschnitt als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist und der zweite und dritte Bordnetzabschnitt als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Koppeleinheit als Multiple Active Bridge Converter ausgebildet. Vorzugsweise sind hierbei der erste und der mindestens eine weitere Bordnetzabschnitt als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet, wobei der zweite und dritte Bordnetzabschnitt als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet sind.

Wie oben erwähnt, kann eine Leitungsverbindung zwischen mindestens zwei Bordnetzabschnitten vorgesehen sein, über die zwischen den Bordnetzabschnitten eine Leistungs- und/oder Spannungsübertragung erfolgen kann. Diese Leitungsverbindung dient zur Leistungs- und/oder Spannungsübertragung unter Auslassung der Koppeleinheit. Auf diese Weise kann ein Bordnetzabschnitt einen anderen Bordnetzabschnitt versorgen. Diese Versorgung kann im Normalzustand vorgesehen sein, d.h. , dass ein Bordnetzabschnitt immer durch einen anderen Bordnetzabschnitt versorgt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Bordnetzabschnitt, der stets durch einen anderen Bordnetzabschnitt versorgt wird, keinen eigenen Energiespeicher aufweist. Sollten die durch die Leitungsverbindung verbundenen Bordnetzabschnitte unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen, so können zur Spannungsangleichung Spannungswandler vorgesehen sein.

Vorzugsweise weist das Bordnetz oder die Koppeleinheit mindestens eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die Koppeleinheit so anzusteuern, dass eine Spannungsoder Energieversorgung der mit der Koppeleinheit verbundenen Bordnetzabschnitte erfolgen kann. Insbesondere wird dabei eine Ansteuerung der Spannungsrichtelemente und/oder der Spannungswandlungselemente durchgeführt. Die Steuereinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, einzelne Verbraucher, Energiespeicher oder sonstige Komponenten der einzelnen Bordnetzabschnitte zu überwachen und auf Ausfälle von Komponenten oder auf Ladezustände von Energiespeichern zu reagieren und die Koppeleinheit entsprechend anzusteuern. Vorzugsweise ist eine zweite Koppeleinheit vorgesehen, wobei mindestens zwei Bordnetzabschnitte von dem ersten Bordnetzabschnitt, dem zweiten Bordnetzabschnitt und dem dritten Bordnetzabschnitt mit der zweiten Koppeleinheit verbunden sind. Auf diese Weise kann eine gegenseitige Spannungsversorgung dieser Bordnetzabschnitte wahlweise über die erste oder über die zweite Koppeleinheit erfolgen. Dadurch wird die Redundanz innerhalb des Bordnetzes erhöht. Besonders bevorzugt sind der erste Bordnetzabschnitt und der zweite Bordnetzabschnitt mit der zweiten Koppeleinheit verbunden.

Vorstehend wurde ein Bordnetz für ein Fahrzeug beschrieben, wobei die Übertragung von Spannung oder Leistung zwischen einzelnen Bordnetzabschnitten durch eine einzelne Koppeleinheit erfolgt. Das Koppelelement kann bevorzugt als ein integrales Bauteil ausgebildet sein, das Anschlüsse für die einzelnen Bordnetzabschnitte aufweist und das das Koppelelement enthält. Ferner kann die Koppeleinheit auch die vorstehend beschriebene Steuereinheit sowie die vorstehend beschriebenen Spannungsrichtelemente aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Koppeleinheit ein Gehäuse auf, um diese Elemente aufzunehmen.

Vorzugsweise ist das Bordnetz dazu ausgebildet, dass ein Ausgleich der Ladung der Energiespeicher der einzelnen Bordnetzabschnitte bzw. einzelner Energiespeicher einzelner Bordnetzabschnitte erfolgt. Beispielsweise kann über die Koppeleinheit ein Ausgleich vorgenommen werden, indem Leistung von einem Energiespeicher eines Bordnetzabschnitts zu einem Energiespeicher eines anderen Bordnetzabschnitts übertragen wird. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn die unterschiedlichen Bordnetzabschnitte durch ihre Verbraucher unterschiedlich belastet sind. Auf diese Weise ist ein Balancing-Betrieb der Energiespeicher oder einzelner Energiespeicher möglich.

Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Bordnetz vorgesehen, wobei das Fahrzeug vorzugsweise als batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug oder als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1a eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 1 b einen Aufbau einer Koppeleinheit aus Fig. 1 a,

Fig. 2a eine Weiterbildung der Ausführungsform aus Fig. 1a, und

Fig. 2b einen Aufbau der Koppeleinheit aus Fig. 2a.

Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.

Es ist ein Bordnetz 1 für ein Fahrzeug gezeigt.

Das Bordnetz 1 weist einen ersten Bordnetzabschnitt 2 auf, der als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist. Dabei weist der erste Bordnetzabschnitt 2 einen Hochvoltspeicher 2a, Hochvoltverbraucher 2b sowie einen elektrischen Antrieb 2c auf, wobei Hochvoltverbraucher 2b sowie Antrieb 2c über einen Sicherungskasten 2d mit dem Hochvoltspeicher 2a verbunden sind. Über den Sicherungskasten 2d ist der erste Bordnetzabschnitt 2 mit einer Koppeleinheit 5 verbunden.

Das Bordnetz 1 weist einen zweiten Bordnetzabschnitt 3 auf, der als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist. Dabei weist der zweite Bordnetzabschnitt 3 einen Niedervoltspeicher 3a sowie Niedervoltverbraucher 3b auf, wobei die Niedervoltverbraucher 3b mit dem Niedervoltspeicher 3a verbunden sind. Der zweite Bordnetzabschnitt 3 ist ebenfalls mit der Koppeleinheit 5 verbunden.

Das Bordnetz 1 weist einen dritten Bordnetzabschnitt 4 auf, der als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist. Dabei weist der dritte Bordnetzabschnitt 4 Niedervoltverbraucher 4b auf. Optional kann auch ein Niedervoltspeicher 4a vorgesehen sein wobei die Niedervoltverbraucher 4b mit dem Niedervoltspeicher 4a verbunden sind. Der dritte Bordnetzabschnitt 4 ist ebenfalls mit der Koppeleinheit 5 verbunden. Es kann aber, wie gezeigt auch möglich sein, dass eine Versorgung des dritten Bordnetzabschnitts 4 durch den ersten oder zweiten Bordnetzabschnitt 2, 3 erfolgt, indem entweder eine direkte Leitungsverbindung 7 (siehe unten) genutzt wird. Es ist aber auch möglich, dass die Versorgung des dritten Bordnetzabschnitts 4 durch den versorgenden ersten Bordnetzabschnitt 2 erfolgt, wobei hier die Versorgung über die zwischengeschaltete Koppeleinheit 5 erfolgt, um die Spannungen anzugleichen.

Zwischen dem dritten Bordnetzabschnitt 4 und dem zweiten Bordnetzabschnitt 3 besteht die Leitungsverbindung 7. Diese verbindet den Niedervoltspeicher 4a des dritten Bordnetzabschnitts 4 mit Verbrauchern 3b des zweiten Bordnetzabschnitts 3. Die Leitungsverbindung 7 kann alle oder nur einen Teil der Verbraucher 3b des zweiten Bordnetzabschnitts 3 mit dem dritten Bordnetzabschnitt 4 verbinden. Bevorzugt werden die sicherheitskritischen Verbraucher unter den Verbrauchern 3b des zweiten Bordnetzabschnitts 3 über die Leitungsverbindung 7 mit dem dritten Bordnetzabschnitt 4. Auf diese Weise kann eine redundante Versorgung aus dem Niedervoltspeicher 4a des dritten Bordnetzabschnitts 4 erfolgen.

Ferner weist der zweite Bordnetzabschnitt 3 einen Anschluss 3e auf an dem elektrische Spannung von einer externen Vorrichtung 8 wie oben beschrieben angelegt werden kann.

Zur näheren Beschreibung der Koppeleinheit 5 wird nun auf Fig. 1b verwiesen.

Die Koppeleinheit 5 ist hier vergrößert dargestellt. Sie weist im Wesentlichen ein Koppelelement 5a auf, das hier als Eisenkern ausgebildet ist und als solcher in der Zeichnung angedeutet ist. Induktiv mit dem Koppelelement 5a gekoppelt sind die Anschlüsse 5b der Koppeleinheit 5, wobei jeder Bordnetzabschnitt 2, 3, 4 jeweils mit einem Anschluss 5b verbunden ist. Die induktive Kopplung der Anschlüsse 5b mit dem Koppelelement 5a wird jeweils durch eine Spule realisiert, durch die sich das Koppelelement 5a erstreckt. So kann magnetischer Fluss der durch das Koppelelement 5a verläuft in den Spulen eine Spannung induzieren bzw. eine Spule kann durch entsprechendes Anlegen einer Spannung den magnetischen Fluss beeinflussen. Ferner weisen die Anschlüsse 5b Spannungsrichtelemente auf, die beispielsweise als Brückenschaltungen ausgebildet sind, um die Spannung entsprechend zu richten, wie oben beschrieben.

Die Koppeleinheit 5 weist ferner einen weiteren Anschluss 5b auf, mit dem, wie hier dargestellt, eine Verbindung mit dem ersten Bordnetzabschnitt 2 hergestellt ist, wodurch Redundanz in der Verbindung zwischen Koppeleinheit 5 und dem ersten Bordnetzabschnitt 2 erreicht wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass weitere Bordnetzabschnitte mit der Koppeleinheit 5 verbunden sind.

Über die Koppeleinheit 5 kann nun, wie oben beschrieben eine Spannungsversorgung der Bordnetzabschnitte 2, 3, 4 erreicht werden. Beispielsweise kann Spannung oder Leistung von dem ersten Bordnetzabschnitt 2 über die Koppeleinheit 5 gewandelt werden und den Bordnetzabschnitten 3, 4 zur Verfügung gestellt werden. Auch kann Spannung oder Leistung von dem zweiten Bordnetzabschnitt 3 über die Koppeleinheit 5 gewandelt werden und den Bordnetzabschnitten 2, 4 zur Verfügung gestellt werden.

Fig. 2a zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform aus Fig. 1a.

Die Koppeleinheit 5 ist hier durch eine weitere bzw. zweite Koppeleinheit 6 ergänzt, wobei der sonstige Aufbau des Bordnetzes 1 dem aus Fig. 1a entspricht. Daher wird hierfür auf obige Beschreibung verwiesen. Die zweite Koppeleinheit 6 ermöglicht einen zweiten Versorgungspfad einzelner Bordnetzabschnitte 2, 3, 4, wenn die erste Koppeleinheit 5 ausgefallen ist.

Fig. 2b zeigt nun eine mögliche Verschaltung der weiteren bzw. zweiten Koppeleinheit 6. Die Koppeleinheit 6 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise der Koppeleinheit 5, die zuvor beschrieben wurde, wobei der erste Bordnetzabschnitt 2, der zweite Bordnetzabschnitt 3, der dritte Bordnetzabschnitt 4 in gleicher Weise mit der weiteren Koppeleinheit 6 über deren Anschlüsse 6b verbunden sind. Somit kann die weitere Koppeleinheit 6 zur Erhöhung der Redundanz eingesetzt werden. Sie ist dazu zur Koppeleinheit 5 parallel geschaltet. Alternativ oder zusätzlich zu der zweiten Verbindung des zweiten Bordnetzabschnitts 2 kann auch mindestens ein weiterer Bordnetzabschnitt mit den Koppeleinheiten 5 und 6 verbunden werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Bordnetz

2 erster Bordnetzabschnitt

2a Hochvoltspeicher

2b Hochvoltverbraucher

2c elektrischer Antrieb

2d Sicherungskasten

3 zweiter Bordnetzabschnitt

3a Niedervoltspeicher

3b Niedervoltverbraucher

3e Anschluss

4 dritter Bordnetzabschnitt

4a Niedervoltspeicher

4b Niedervoltverbraucher

5 Koppeleinheit

5a Koppelelement

5b Anschluss

6 zweite Koppeleinheit

6a Koppelelement

6b Anschluss

7 Leitungsverbindung

8 externe Vorrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Elektrisches Bordnetz (1 ) für ein Fahrzeug, aufweisend:

- einen ersten Bordnetzabschnitt (2),

- einen zweiten Bordnetzabschnitt (3),

- mindestens einen dritten Bordnetzabschnitt (4), und

- eine galvanisch trennende Koppeleinheit (5), wobei der erste Bordnetzabschnitt (2), der zweite Bordnetzabschnitt (3) und der dritte Bordnetzabschnitt (4) jeweils mit der Koppeleinheit (5) verbunden sind, wobei die Koppeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, über ein Koppelelement (5a) elektrische Spannung eines Bordnetzabschnittes (2, 3, 4) induktiv an mindestens einem der anderen Bordnetzabschnitte (2, 3, 4) zu übertragen.

2. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Koppeleinheit (5), derart ausgebildet ist, dass ein magnetischer Fluss, der das Koppelelement (5a) durchsetzt, in Wechselwirkung mit dem ersten Bordnetzabschnitt (2), dem zweiten Bordnetzabschnitt (3) und dem dritten Bordnetzabschnitt (4) beeinflusst werden kann.

3. Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (5a) aus einem ferromagnetischen Material besteht oder ein ferromagnetisches Material aufweist.

4. Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinheit (5) Spannungswandlungselemente und/oder Spannungsrichtelemente aufweist, die dazu ausgebildet sind, die elektrische Spannung zu wandeln und/oder umzurichten, die durch den ersten Bordnetzabschnitt (2), den zweiten Bordnetzabschnitt (3) oder den dritten Bordnetzabschnitt (4) an der Koppeleinheit (5) anliegt, so dass die jeweils gewandelte und/oder umgerichtete Spannung an der jeweiligen induktiven Kopplung mit dem Koppelelement (5a) anliegt.

5. Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Bordnetzabschnitt (2) einen Energiespeicher (2a) aufweist und/oder wobei der zweite Bordnetzabschnitt (3) einen Energiespeicher (3a) aufweist.

6. Bordnetz (1 ) nach einem der der vorstehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinheit (5) dazu ausgebildet ist, Leistung von einem Bordnetzabschnitt

(2, 3, 4) zu mindestens einem anderen Bordnetzabschnitt (2, 3, 4) zu übertragen.

7. Bordnetz (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen mindestens zwei Bordnetzabschnitten (3, 4) eine Leitungsverbindung (7) vorgesehen ist, über die zwischen den Bordnetzabschnitten (3, 4) eine Leistungs- und/oder Spannungsübertragung erfolgen kann.

8. Bordnetz (1 ) nach einem der der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Bordnetzabschnitt (2) als Hochvoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist und der zweite Bordnetzabschnitt (3) als Niedervoltbordnetzabschnitt ausgebildet ist.

9. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 8, wobei

Leistung von dem ersten Bordnetzabschnitt (2) an den zweiten Bordnetzabschnitt (3) über die Koppeleinheit (5) übertragen werden kann, wodurch eine redundante Versorgung mindestens eines Verbrauchers der mit dem zweiten Bordnetzabschnitt (3) verbunden ist, ermöglicht wird.

10. Bordnetz (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite Bordnetzabschnitt (3) oder die Koppeleinheit (5) einen Anschluss aufweist über den eine elektrische Spannung, von einer externen Vorrichtung (8) angelegt werden kann, um den zweiten Bordnetzabschnitt (3) mit Spannung zu versorgen.

11 . Bordnetz (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte Bordnetzabschnitt (4) keinen Energiespeicher aufweist, und stattdessen durch den ersten Bordnetzabschnitt (2) und/oder den zweiten Bordnetzabschnitt (3) mit Spannung versorgt wird.

12. Bordnetz (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer Bordnetzabschnitt vorgesehen ist, der mit der Koppeleinheit (5) verbunden ist.

13. Bordnetz (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz (1 ) oder die Koppeleinheit (5) mindestens eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Koppeleinheit (5) so anzusteuern, dass eine Spannungsoder Energieversorgung der mit der Koppeleinheit (5) verbundenen Bordnetzabschnitte (2, 3, 4) erfolgen kann.

14. Bordnetz (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zweite Koppeleinheit (6) vorgesehen ist und mindestens zwei Bordnetzabschnitte von dem ersten Bordnetzabschnitt (2), dem zweiten Bordnetzabschnitt (3) und dem dritten Bordnetzabschnitt (4) mit der zweiten Koppeleinheit (6) verbunden sind.

15. Fahrzeug mit einem Bordnetz (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.