DE102018105826B4 - ELECTRICAL SUPPLY SYSTEM AND PROCEDURE - Google Patents

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DE102018105826B4 DE102018105826.8A DE102018105826A DE102018105826B4 DE 102018105826 B4 DE102018105826 B4 DE 102018105826B4 DE 102018105826 A DE102018105826 A DE 102018105826A DE 102018105826 B4 DE102018105826 B4 DE 102018105826B4
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Abstract

Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) zur Versorgung elektrischer Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in einem Fahrzeug, aufweisend:ein erstes Versorgungsnetz (101, 201), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (180, 182, 280, 282) mit einem ersten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen,ein zweites Versorgungsnetz (102, 202), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (181, 183, 281, 283) mit dem ersten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen,ein drittes Versorgungsnetz (103, 203), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (183, 283) mit einem zweiten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei der zweite Sicherheitslevel eine niedrigere Kritikalität kennzeichnet, als der erste Sicherheitslevel,ein erstes steuerbares Trennelement (104, 204, 304), welches ausgebildet ist, gesteuert das erste Versorgungsnetz (101, 201) elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) zu koppeln und/oder von diesem zu trennen,ein zweites steuerbares Trennelement (105, 205), welches ausgebildet ist, gesteuert das zweite Versorgungsnetz (102, 202) elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) zu koppeln und/oder von diesem zu trennen, undeine Hauptenergiequelle (210), welche in dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) angeordnet ist, und mit einer ersten Versorgungsenergiequelle (211), welche in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) angeordnet ist, und mit einer zweiten Versorgungsenergiequelle (212), welche in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202) angeordnet ist,wobei die erste Versorgungsenergiequelle (211) eine Fahrzeugbatterie aufweist und wobei die erste Versorgungsenergiequelle (211) ausgebildet ist, in einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Versorgungssystems (100, 200) die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) des dritten Versorgungsnetzes (103, 203) mit elektrischer Energie zu versorgen.Electrical supply system (100, 200) for supplying electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in a vehicle, comprising: a first supply network (101, 201), which is designed, electrical consumers ( 180, 182, 280, 282) with a first safety level with electrical energy, a second supply network (102, 202), which is designed to supply electrical consumers (181, 183, 281, 283) with the first safety level with electrical energy supply, a third supply network (103, 203), which is designed to supply electrical loads (183, 283) with a second security level with electrical energy, the second security level denoting a lower criticality than the first security level, a first controllable isolating element (104, 204, 304), which is designed to electrically couple the first supply network (101, 201) to the third supply network (103, 203) in a controlled manner and / or by d to separate it, a second controllable isolating element (105, 205) which is designed to electrically couple and / or disconnect the second supply network (102, 202) electrically to the third supply network (103, 203) in a controlled manner, and a main energy source ( 210), which is arranged in the third supply network (103, 203), and with a first supply energy source (211) which is arranged in the first supply network (101, 201), and with a second supply energy source (212) which is in the second supply network (102, 202) is arranged, wherein the first supply energy source (211) has a vehicle battery and wherein the first supply energy source (211) is formed, in a fault-free operation of the electrical supply system (100, 200) the electrical consumers (180, 181 , 182, 183, 280, 281, 282, 283) of the third supply network (103, 203) to be supplied with electrical energy.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Versorgungssystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Versorgungssystems.The present invention relates to an electrical supply system. The present invention also relates to a method for operating an electrical supply system.

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit elektrischen Fahrzeugsystemen beschrieben. Es versteht sich aber, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit anderen elektrischen Systemen genutzt werden kann.The present invention will hereinafter be described primarily in connection with vehicle electrical systems. It goes without saying, however, that the present invention can also be used in connection with other electrical systems.

In modernen Fahrzeugen wird eine Vielzahl von elektrischen Fahrzeugsystemen eingesetzt. Solche Fahrzeugsysteme können beispielsweise Komfortfunktionen für die Insassen des Fahrzeugs bereitstellen. Als Komfortfunktionen werden üblicherweise beispielsweise die Klimaanlage, elektrisch verstellbare Sitze beziehungsweise Spiegel und dergleichen bezeichnet. Andere Fahrzeugsysteme können den Fahrer aber auch beim Führen des Fahrzeugs unterstützen. Dies geht soweit, dass die Fahrzeugsysteme den Fahrer nicht nur unterstützen, sondern für diesen das Fahrzeug autonom führen und damit auch die Verantwortung über das Fahrzeug übernehmen. Solche Fahrzeugsysteme werden üblicherweise mit einem Sicherheitslevel, beispielsweise einem ASIL-Level von ASIL-D (ASIL = Automotive Safety Integrity Level gemäß ISO 26262), klassifiziert, was der höchsten Einstufung gemäß den ASIL-Levels A - D und QM („quality management“) entspricht.A variety of electrical vehicle systems are used in modern vehicles. Such vehicle systems can, for example, provide comfort functions for the occupants of the vehicle. Air conditioning, electrically adjustable seats or mirrors and the like are usually referred to as comfort functions. However, other vehicle systems can also support the driver in driving the vehicle. This goes so far that the vehicle systems not only support the driver, but also guide the vehicle autonomously for him and thus also take responsibility for the vehicle. Such vehicle systems are usually with a safety level, for example an ASIL level of ASIL-D (ASIL = Automotive Safety Integrity Level according to ISO 26262), classified, which corresponds to the highest classification according to ASIL Levels A - D and QM ("quality management").

Insbesondere für Fahrzeugsysteme, die das Fahrzeug (teil-, halb- oder voll-) autonom führen, muss eine sichere Energieversorgung sichergestellt werden, sodass ein Ausfall beispielsweise einer Energiequelle in dem Fahrzeug nicht zu einem undefinierten beziehungsweise unkontrollierten Verhalten des Fahrzeugs führt. Fahrzeugsysteme mit erhöhten Sicherheitsanforderungen werden daher in einem Fahrzeug üblicherweise über zwei redundante Energienetze mit elektrischer Energie versorgt.In particular for vehicle systems that drive the vehicle (partially, semi- or fully) autonomously, a secure energy supply must be ensured so that failure of an energy source in the vehicle, for example, does not lead to undefined or uncontrolled behavior of the vehicle. Vehicle systems with increased safety requirements are therefore usually supplied with electrical energy in a vehicle via two redundant energy networks.

Dazu können beispielsweise ein primäres und ein sekundäres Energienetz mit jeweils einer eigenen Energiequelle bereitgestellt werden, welche solche Fahrzeugsysteme bei Bedarf mit elektrischer Energie versorgen können. Die Energiequelle, beispielsweise eine Batterie, des sekundären Energienetzes kann dabei bis zum Eintreten eines Fehlers in dem primären Energienetz beispielsweise aus dem primären Energienetz geladen werden. Üblicherweise werden Systeme, die nicht sicherheitsrelevant sind, über eines der zwei Energienetze versorgt.For this purpose, for example, a primary and a secondary energy network can be provided, each with its own energy source, which can supply such vehicle systems with electrical energy when required. The energy source, for example a battery, of the secondary energy network can be charged from the primary energy network, for example, until a fault occurs in the primary energy network. Systems that are not safety-relevant are usually supplied via one of the two energy networks.

Eine Architektur mit zwei Energienetzen stellt dabei erhöhte Anforderungen an die Trennung zwischen den zwei Energienetzen. Beispielsweise darf ein Fehler in einem der Energienetze nicht zum Versagen des anderen Energienetzes führen. Dies führt dazu, dass insbesondere Elemente, welche beide Energienetze verbinden, üblicherweise mit der Sicherheitsstufe ASIL D eingestuft werden und entsprechende Anforderungen erfüllen müssen.An architecture with two energy networks places increased demands on the separation between the two energy networks. For example, a fault in one of the energy networks must not lead to the failure of the other energy network. As a result, elements that connect both energy networks, in particular, are usually classified with the safety level ASIL D and must meet the corresponding requirements.

Dokument DE 100 20 141 A1 zeigt ein Bordnetzsystem mit einem Fahrzeugbordnetz und mindestens einem sicherheitsrelevanten Teilbordnetz, wobei das sicherheitsrelevante Teilbordnetz über eine Spannungsversorgung verfügt und von dem Fahrzeugbordnetz elektrisch getrennt werden kann. Dokument DE 10 2016 103 829 A1 zeigt eine Energieversorgungseinheit, welche z.B. das Bereitstellen einer globalen ersten Spannungsebene und einer zusätzlichen, fahrzeugbezogenen lokalen zweiten Spannungsebene ermöglicht. Dokument DE 10 2014 214 103 A1 zeigt ein Bordnetz, mit Teilbordnetzen in denen sicherheitsrelevante Verbraucher unabhängig von dem Hauptbordnetz betrieben werden können. Dokument DE 197 34 598 C1 zeigt ebenfalls ein Bordnetz, mit Teilbordnetzen in denen sicherheitsrelevante Verbraucher unabhängig von dem Hauptbordnetz betrieben werden können.document DE 100 20 141 A1 shows an on-board network system with a vehicle on-board network and at least one safety-relevant sub-on-board network, wherein the safety-relevant sub-on-board network has a voltage supply and can be electrically isolated from the vehicle on-board network. document DE 10 2016 103 829 A1 shows an energy supply unit which enables, for example, the provision of a global first voltage level and an additional, vehicle-related local second voltage level. document DE 10 2014 214 103 A1 shows an on-board network with sub-on-board networks in which safety-relevant consumers can be operated independently of the main on-board network. document DE 197 34 598 C1 also shows an on-board network with sub-on-board networks in which safety-relevant consumers can be operated independently of the main on-board network.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine sichere Versorgung elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie zu ermöglichen. One object of the invention is therefore to enable a reliable supply of electrical consumers with electrical energy using means that are as simple as possible in terms of construction.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are given in the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the independent claims of one claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es mit hohem Aufwand verbunden ist, wenn elektrische Verbraucher unterschiedlicher Sicherheitslevel, also beispielsweise ASIL-B mit QM, gemeinsam in einem Versorgungsnetz betrieben werden sollen.The present invention is based on the knowledge that it is associated with great effort when electrical consumers of different safety levels, for example ASIL-B With QM , are to be operated together in a supply network.

Die oben bereits erwähnten Fahrzeugsysteme, die beispielsweise mit dem Sicherheitslevel ASIL-D eingestuft sein können, können auf Grund der Dekomposition der ASIL-Level bei redundanter Versorgung aus zwei Versorgungsnetzen mit dem Sicherheitslevel ASIL-B(D) versorgt werden. Befinden sich nun Verbraucher mit niedrigerem Sicherheitslevel, also beispielsweise QM („quality management“), in einem der zwei Versorgungsnetze, werden diese automatisch mit dem Sicherheitslevel ASIL-B(D) belegt und müssen folglich die entsprechenden Anforderungen erfüllen. Um mit bereits verfügbaren Systemen, die bisher den Sicherheitslevel QM erfüllen, die Anforderungen des Sicherheitslevels ASIL-B(D) erfüllen zu können, müssten diese aufwändig qualifiziert und eventuell verändert werden.The vehicle systems already mentioned above, for example with the security level ASIL-D can be classified, due to the decomposition of the ASIL level with redundant supply from two supply networks with the safety level ASIL-B (D) are supplied. If there are consumers with a lower security level, for example QM ("Quality management"), in one of the two supply networks, these are automatically assigned the security level ASIL-B (D) and must therefore meet the relevant requirements. In order to deal with systems that are already available that previously exceeded the security level QM meet the requirements of the security level ASIL-B (D) In order to be able to fulfill them, these would have to be elaborately qualified and possibly changed.

Ferner würde ein Fehler eines solchen Systems mit bisherigem Sicherheitslevel QM beziehungsweise ein Spannungseinbruch durch eine konstruktive Überlagerung der Lasten in dem Versorgungsnetz zu einem sofortigen Übergang in einen Notmodus führen und das Fahrzeug würde als sog. „Liegenbleiber“ stillgelegt.Furthermore, there would be an error in such a system with the previous security level QM or a voltage drop due to a constructive superposition of the loads in the supply network lead to an immediate transition to an emergency mode and the vehicle would be shut down as a so-called "breakdown".

Ferner werden in üblichen Bordnetzarchitekturen mit zwei Versorgungsnetzen Verbindungselemente zwischen den zwei Versorgungsnetzen vorgesehen. Solche Verbindungselemente können im Normalbetrieb beispielsweise den Energiespeicher in dem zweiten beziehungsweise sekundären Versorgungsnetz laden. Ein Fehler in einem solchen Verbindungselement könnte aber beide Versorgungsnetze beeinträchtigen. Folglich würde ein solches Verbindungselement mit dem sehr hohen Sicherheitslevel ASIL-D eingestuft und müsste die entsprechenden Anforderungen erfüllen.Furthermore, connecting elements between the two supply networks are provided in conventional on-board network architectures with two supply networks. Such connecting elements can, for example, charge the energy store in the second or secondary supply network during normal operation. However, a fault in such a connecting element could affect both supply networks. As a result, such a connecting element would have a very high level of security ASIL-D classified and would have to meet the relevant requirements.

Um die oben genannten Nachteile einer Architektur mit zwei Versorgungsnetzen zu umgehen, schlägt die vorliegende Erfindung ein elektrisches Versorgungssystem vor, welches drei Versorgungsnetze aufweist. Das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz dienen dabei beide der Versorgung elektrischer Verbraucher oder Systeme mit dem gleichen Sicherheitslevel, also beispielsweise ASIL-D. Solche Verbraucher können im Folgenden auch als ASIL-Verbraucher bezeichnet werden. Das dritte Versorgungsnetz dient der Versorgung elektrischer Verbraucher oder Systeme mit einem niedrigeren Sicherheitslevel, die beispielsweise nicht als sicherheitsrelevant eingestuft sind, also beispielsweise den Sicherheitslevel QM erhalten haben. Solche Verbraucher können im Folgenden auch als QM-Verbraucher bezeichnet werden. Der erste Sicherheitslevel kann also als sicherheitskritisch eingestufte Verbraucher aufweisen, während der zweite Sicherheitslevel als nicht-sicherheitskritisch eingestufte Verbraucher aufweisen kann. Beispielhafte Verbraucher, welche üblicherweise als sicherheitskritisch eingestuft werden, können beispielsweise elektronische Lenksysteme, Stabilitätskontrollsysteme, elektronische Bremssysteme und dergleichen sein. Als nicht-sicherheitskritisch werden üblicherweise alle Komfortsysteme, beispielsweise Heizung beziehungsweise Klimatisierung, Multimedia-Einheiten und elektrische Verstellung beispielsweise für Sitze und Spiegel eingestuft.In order to avoid the above-mentioned disadvantages of an architecture with two supply networks, the present invention proposes an electrical supply system which has three supply networks. The first supply network and the second supply network both serve to supply electrical consumers or systems with the same security level, for example ASIL-D . Such consumers can also be referred to below as ASIL consumers. The third supply network is used to supply electrical consumers or systems with a lower security level that are not classified as security-relevant, for example, the security level QM have received. Such consumers can also be referred to below as QM consumers. The first security level can therefore have consumers classified as safety-critical, while the second security level can have consumers classified as non-safety-critical. Exemplary consumers, which are usually classified as safety-critical, can be, for example, electronic steering systems, stability control systems, electronic braking systems and the like. All comfort systems, for example heating or air conditioning, multimedia units and electrical adjustment, for example for seats and mirrors, are usually classified as non-safety-critical.

Um eine Trennung der elektrischen Verbraucher beziehungsweise der Versorgungsnetze nach Sicherheitslevel zu ermöglichen, sieht die vorliegende Erfindung die steuerbaren Trennelemente vor. Jeweils eines der Trennelemente ist zwischen dem ersten Versorgungsnetz und dem dritten Versorgungsnetz und eines zwischen dem zweiten Versorgungsnetz und dem dritten Versorgungsnetz angeordnet.In order to enable the electrical consumers or the supply networks to be separated according to the security level, the present invention provides the controllable separating elements. In each case one of the separating elements is arranged between the first supply network and the third supply network and one between the second supply network and the third supply network.

Dies führt dazu, dass im Normalzustand beziehungsweise im fehlerfreien Zustand das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz über das dritte Versorgungsnetz miteinander gekoppelt werden. Ein Energiefluss ist folglich zwischen dem dritten Versorgungsnetz und dem ersten beziehungsweise zweiten Versorgungsnetz möglich.As a result, in the normal state or in the fault-free state, the first supply network and the second supply network are coupled to one another via the third supply network. An energy flow is consequently possible between the third supply network and the first or second supply network.

Es versteht sich, dass die Verbraucher in dem ersten Versorgungsnetz und in dem zweiten Versorgungsnetz zumindest teilweise die gleichen Verbraucher sein können, die redundant mit elektrischer Energie versorgt werden. Dies ist insbesondere beispielsweise dann der Fall, wenn die Funktion des jeweiligen Verbrauchers nicht durch einen anderen Verbraucher ersetzt werden kann, wie beispielsweise bei einer elektronischen Lenkung.It goes without saying that the consumers in the first supply network and in the second supply network can be at least partially the same consumers that are redundantly supplied with electrical energy. This is particularly the case, for example, when the function of the respective consumer cannot be replaced by another consumer, for example in the case of electronic steering.

Es können auch unterschiedliche Verbraucher durch das erste und das zweite Versorgungsnetz versorgt werden. Dies ist insbesondere beispielsweise dann der Fall, wenn die Funktion eines Verbrauchers durch einen anderen Verbraucher ersetzt werden kann. Beispielsweise kann die Funktion einer elektronischen Bremse bei geeigneter Auslegung auch durch ein Stabilitätskontrollsystem, auch ESP genannt, bereitgestellt werden.Different consumers can also be supplied by the first and the second supply network. This is particularly the case, for example, when the function of a consumer can be replaced by another consumer. For example, with a suitable design, the function of an electronic brake can also be provided by a stability control system, also called ESP.

Durch die steuerbaren Trennelemente wird es nun möglich, die Versorgungsnetze jederzeit gesteuert, also beispielsweise bei Erkennung eines Fehlers, zu trennen. Beispielsweise können das erste und das zweite Trennelement geöffnet werden, wenn ein Fehler eines QM-Verbrauchers in dem dritten Versorgungsnetz zu einem Spannungseinbruch in diesem führt. Ferner kann beispielsweise das erste Trennelement geöffnet werden, wenn in dem ersten Versorgungsnetz ein Fehler auftritt. Gleiches gilt für das zweite Trennelement. Ferner kann beispielsweise das erste Trennelement geöffnet werden, falls das zweite Trennelement defekt ist und ein Fehler in dem zweiten Versorgungsnetz zu einem Spannungseinbruch führt. Die Versorgung der elektrischen Verbraucher durch das erste Versorgungsnetz wäre folglich weiterhin sichergestellt.The controllable isolating elements now make it possible to control the supply networks at any time, for example when a fault is detected. For example, the first and the second separating element can be opened if a fault in a QM consumer in the third supply network leads to a voltage drop in the latter. Furthermore, for example, the first separating element can be opened if a fault occurs in the first supply network. The same applies to the second separating element. Furthermore, for example, the first separating element can be opened if the second separating element is defective and a fault in the second supply network leads to a voltage drop. The supply of the electrical consumers through the first supply network would consequently continue to be ensured.

Das elektrische Versorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung stellt also zwei unabhängige Versorgungsnetze für sicherheitskritische elektrische Verbraucher bereit. Ferner garantiert das elektrische Versorgungssystem deren Interferenzfreiheit, das erste und das zweite Versorgungsnetz werden folglich nicht durch Fehler in dem dritten Versorgungsnetz beeinflusst beziehungsweise können von dessen Einflüssen entkoppelt werden. Ferner können bei einem einfachen Fehler beziehungsweise einem Einfach-Fehler in dem ersten oder dem zweiten Versorgungsnetz die Verbraucher mit dem ersten Sicherheitslevel über das fehlerfreie Versorgungsnetz weiterversorgt werden und ein autonomer Weiterbetrieb, zumindest eingeschränkt (sog. „Limp home“ Modus), gewährleistet werden.The electrical supply system according to the present invention thus provides two independent supply networks for safety-critical electrical consumers. Furthermore, the electrical supply system guarantees them Interference-free, the first and the second supply network are consequently not influenced by errors in the third supply network or can be decoupled from its influences. Furthermore, in the event of a simple fault or a single fault in the first or the second supply network, the consumers can continue to be supplied with the first security level via the fault-free supply network and autonomous continued operation, at least to a limited extent (so-called "limp home" mode), can be guaranteed.

Da das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz eine redundante und unabhängige Versorgung der ASIL-Verbraucher gewährleisten, kann ferner der Sicherheitslevel für die steuerbaren Trennelemente durch Dekomposition beispielsweise von ASIL-D jeweils auf ASIL-B(D) gesenkt werden.Since the first supply network and the second supply network ensure a redundant and independent supply of the ASIL consumers, the safety level for the controllable separating elements can also be increased by decomposition, for example ASIL-D each on ASIL-B (D) be lowered.

Mit dem elektrischen Versorgungssystem der vorliegenden Erfindung wird es folglich möglich, ASIL-Verbraucher redundant und unabhängig mit elektrischer Energie zu versorgen und gleichzeitig QM-Verbraucher ohne erhöhte Anforderungen an deren Sicherheit zu betreiben. Dies ermöglicht insbesondere die Weiter- beziehungsweise Wiederverwendung bereits bestehender Systeme in modernen Fahrzeugen.With the electrical supply system of the present invention, it is consequently possible to redundantly and independently supply ASIL consumers with electrical energy and at the same time to operate QM consumers without increased safety requirements. In particular, this enables existing systems to be reused or reused in modern vehicles.

Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Further embodiments and developments emerge from the subclaims and from the description with reference to the figures.

In einer Ausführungsform kann das elektrische Versorgungssystem eine Hauptenergiequelle aufweisen, welche in dem dritten Versorgungsnetz angeordnet ist. Ferner kann das elektrische Versorgungssystem eine erste Versorgungsenergiequelle, welche in dem ersten Versorgungsnetz angeordnet ist, und eine zweite Versorgungsenergiequelle aufweisen, welche in dem zweiten Versorgungsnetz angeordnet ist.In one embodiment, the electrical supply system can have a main energy source which is arranged in the third supply network. Furthermore, the electrical supply system can have a first supply energy source, which is arranged in the first supply network, and a second supply energy source, which is arranged in the second supply network.

Die Hauptenergiequelle kann beispielsweise ein Generator beziehungsweise eine Lichtmaschine in einem Fahrzeug sein. Die Hauptenergiequelle kann beispielsweise auch ein Spannungswandler sein, der aus einer Hochvoltbatterie, beispielsweise mit einer Spannung von mehreren 100 V, in einem Elektrofahrzeug eine Spannung von beispielsweise 12 V oder 48 V für die elektrischen Verbraucher in dem ersten, zweiten und dritten Versorgungsnetz erzeugt.The main energy source can be, for example, a generator or an alternator in a vehicle. The main energy source can also be a voltage converter, for example, which generates a voltage of, for example, 12 V or 48 V for the electrical loads in the first, second and third supply networks from a high-voltage battery, for example with a voltage of several 100 V, in an electric vehicle.

Bei bestehender Kopplung des ersten und des zweiten Versorgungsnetzes mit dem dritten Versorgungsnetz kann die elektrische Energie, welche von der Hauptenergiequelle erzeugt wird, in das erste und das zweite Versorgungsnetz übertragen werden. Dort können beispielsweise in den Versorgungsenergiequellen vorhandene Energiespeicher aufgeladen werden.With the existing coupling of the first and the second supply network to the third supply network, the electrical energy generated by the main energy source can be transferred to the first and the second supply network. There, for example, existing energy storage devices in the supply energy sources can be charged.

In einer Ausführungsform kann die erste Versorgungsenergiequelle eine Fahrzeugbatterie aufweisen und die erste Versorgungsenergiequelle kann ausgebildet sein, in einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Versorgungssystems die elektrischen Verbraucher des dritten Versorgungsnetzes mit elektrischer Energie zu versorgen.In one embodiment, the first supply energy source can have a vehicle battery and the first supply energy source can be designed to supply the electrical loads of the third supply network with electrical energy in error-free operation of the electrical supply system.

Die Fahrzeugbatterie kann beispielsweise die in einem Fahrzeug üblicherweise vorhandene 12-V-Batterie beziehungsweise eine in modernen Fahrzeugen eingesetzte 48-V-Batterie sein. Solche Batterien können beispielsweise als Bleigel-Batterien oder als Lithium-Ionen-Batterien ausgebildet sein. Es versteht sich, dass ein entsprechendes Batterie- und Lademanagement vorgesehen sein kann.The vehicle battery can be, for example, the 12 V battery usually present in a vehicle or a 48 V battery used in modern vehicles. Such batteries can be designed as lead-gel batteries or as lithium-ion batteries, for example. It goes without saying that a corresponding battery and charge management can be provided.

Wird die Fahrzeugbatterie als erste Versorgungsenergiequelle, also als die Energiequelle des ersten Versorgungsnetzes genutzt, steht Energie aus der Fahrzeugbatterie auch dann zur Verfügung, wenn die Hauptenergiequelle, beispielsweise eine Lichtmaschine, keine Energie liefert beziehungsweise liefern kann. Ferner kann eine redundante Versorgung der ASIL-Verbraucher in dem elektrischen Versorgungsnetz mit lediglich einer zusätzlichen Energiequelle in dem zweiten Versorgungsnetz sichergestellt werden. Es müssen also zusätzlich zu der Fahrzeugbatterie nicht jeweils in dem ersten und dem zweiten Versorgungsnetz zusätzliche Energiequellen beziehungsweise Energiespeicher bereitgestellt werden.If the vehicle battery is used as the first supply energy source, that is to say as the energy source of the first supply network, energy from the vehicle battery is also available when the main energy source, for example an alternator, does not supply or cannot supply any energy. Furthermore, a redundant supply of the ASIL consumers in the electrical supply network can be ensured with only one additional energy source in the second supply network. In addition to the vehicle battery, additional energy sources or energy stores do not have to be provided in each of the first and second supply networks.

Die Verbraucher des dritten Versorgungsnetzes können im Betrieb durch die Hauptenergiequelle und die erste Versorgungsenergiequelle versorgt werden. Dies entspricht in etwa der üblichen Kombination aus einer Lichtmaschine und einer 12-V-Batterie, wie sie in heutigen Fahrzeugen üblich ist. Beispielsweise kann die erste Versorgungsenergiequelle Lastspitzen ausgleichen und ein Einbrechen der Spannung aus der Hauptenergiequelle verhindern.The consumers of the third supply network can be supplied during operation by the main energy source and the first supply energy source. This corresponds roughly to the usual combination of an alternator and a 12 V battery, as is common in today's vehicles. For example, the first supply energy source can compensate for peak loads and prevent the voltage from the main energy source from falling.

In einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Versorgungsenergiequelle einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, aufweisen.In a further embodiment, the second supply energy source can have an energy store, in particular a battery.

Der Energiespeicher in der zweiten Versorgungsenergiequelle kann beispielsweise lediglich als Notversorgung für die elektrischen Verbraucher vorgesehen werden, wird also nur im Fehlerfall benötigt. Aus diesem Grund kann der Energiespeicher mit einer eingeschränkten Kapazität von beispielsweise 10 Ah vorgesehen werden. Mögliche Energiespeicher sind beispielsweise Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, oder sog. Super-Caps. Es versteht sich, dass eine entsprechende Lade- beziehungsweise Steuerschaltung für den Energiespeicher vorgesehen sein kann.The energy store in the second supply energy source can, for example, only be provided as an emergency supply for the electrical consumers, so it is only required in the event of a fault. For this reason, the energy store can be provided with a restricted capacity of, for example, 10 Ah. Possible energy stores are, for example, batteries, in particular lithium-ion batteries, or so-called super caps. It goes without saying that a corresponding charging or control circuit for the energy store can be provided.

Ein solcher Energiespeicher kann dann je nach Energiebedarf der entsprechenden Verbraucher für eine gewisse Zeit beispielsweise einen uneingeschränkten beziehungsweise einen eingeschränkten Betrieb ermöglichen. Der eingeschränkte Betrieb kann dabei auch als Degradation des jeweiligen Verbrauchers bezeichnet werden.Such an energy store can then, depending on the energy requirement of the corresponding consumer, enable unrestricted or restricted operation for a certain time, for example. The restricted operation can also be referred to as degradation of the respective consumer.

In einer weiteren Ausführungsform kann das zweite steuerbare Trennelement einen Spannungswandler aufweisen, welcher ausgebildet ist eine Spannung in dem dritten Versorgungsnetz in eine Ladespannung für die zweite Versorgungsenergiequelle zu wandeln.In a further embodiment, the second controllable isolating element can have a voltage converter which is designed to convert a voltage in the third supply network into a charging voltage for the second supply energy source.

Die zweite Versorgungsenergiequelle beziehungsweise der Energiespeicher in dem zweiten Versorgungsnetz kann ein anderes Spannungsniveau aufweisen als beispielsweise die Hauptenergiequelle und die erste Versorgungsenergiequelle. Der Spannungswandler dient folglich dazu, elektrische Energie mit der benötigten Spannung in das zweite Versorgungsnetz einzuspeisen.The second supply energy source or the energy store in the second supply network can have a different voltage level than, for example, the main energy source and the first supply energy source. The voltage converter consequently serves to feed electrical energy with the required voltage into the second supply network.

In einer Ausführungsform kann das erste steuerbare Trennelement und/oder das zweite steuerbare Trennelement in einem Lastpfad eine Anzahl, also eines oder mehrere, von halbleiterbasierten Schaltelementen aufweisen. Ferner kann das erste steuerbare Trennelement und/oder das zweite steuerbare Trennelement eine Steuereinheit aufweisen, welche mit den halbleiterbasierten Schaltelementen gekoppelt ist und ausgebildet ist, die halbleiterbasierten Schaltelemente anzusteuern.In one embodiment, the first controllable isolating element and / or the second controllable isolating element can have a number, that is to say one or more, of semiconductor-based switching elements in a load path. Furthermore, the first controllable isolating element and / or the second controllable isolating element can have a control unit which is coupled to the semiconductor-based switching elements and is designed to control the semiconductor-based switching elements.

Das erste beziehungsweise zweite steuerbare Trennelement kann beispielsweise einen bidirektionalen Trennschalter aufweisen, der zwei MOSFETs aufweist, die in gegengesetzter Polarisierung in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Sind die MOSFETs durchgesteuert, kann durch jeden der MOSFETs ein Strom mit der entsprechenden Polarität fließen. Ferner wird der Strom auch über die Diode des jeweils anderen MOSFETs geleitet. Ein bidirektionaler Stromfluss ist folglich möglich. Werden die MOSFETs nicht durchgesteuert, kann folglich kein Strom mehr durch das erste steuerbare Trennelement fließen.The first or second controllable isolating element can, for example, have a bidirectional isolating switch which has two MOSFETs which are arranged in a series circuit with opposite polarization. If the MOSFETs are switched on, a current with the corresponding polarity can flow through each of the MOSFETs. Furthermore, the current is also conducted via the diode of the other MOSFET in each case. A bidirectional current flow is therefore possible. If the MOSFETs are not turned on, current can consequently no longer flow through the first controllable isolating element.

Die Steuereinheit kann eine Überwachung der Spannung in dem ersten beziehungsweise zweiten Versorgungsnetz und dem dritten Versorgungsnetz durchführen und die halbleiterbasierten Schaltelemente beispielsweise entsprechend ansteuern.The control unit can monitor the voltage in the first or second supply network and the third supply network and, for example, control the semiconductor-based switching elements accordingly.

Beispielsweise kann die Steuereinheit die halbleiterbasierten Schaltelemente durchsteuern, wenn die Spannungen in dem ersten beziehungsweise zweiten und dem dritten Versorgungsnetz innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegen. Die Spannung in dem ersten beziehungsweise zweiten und dem dritten Versorgungsnetz kann aber beispielsweise auf Grund eines Fehlers in einem der Verbraucher des ersten beziehungsweise zweiten oder dritten Versorgungsnetzes unter eine vorgegebene Schwelle fallen. In diesem Fall kann die Steuereinheit die halbleiterbasierten Schaltelemente öffnen beziehungsweise nicht mehr ansteuern.For example, the control unit can through-control the semiconductor-based switching elements when the voltages in the first or second and third supply networks are within a predetermined voltage range. However, the voltage in the first or second and the third supply network can fall below a predetermined threshold, for example due to a fault in one of the loads in the first or second or third supply network. In this case, the control unit can open or no longer activate the semiconductor-based switching elements.

Beispielsweise kann die Steuereinheit ausgebildet sein, bei einem 12-V-Versorgungsnetz das entsprechende steuerbare Trennelement zu öffnen, wenn die Spannung unter einen Wert von 10,5 V oder dergleichen fällt. Insbesondere kann der Spannungsschwellwert über einer Reset-Schwelle der Verbraucher in dem jeweiligen Versorgungsnetz liegen.For example, in the case of a 12 V supply network, the control unit can be designed to open the corresponding controllable isolating element when the voltage falls below a value of 10.5 V or the like. In particular, the voltage threshold value can be above a reset threshold for the loads in the respective supply network.

Das erste beziehungsweise zweite Versorgungsnetz würde folglich von dem dritten Versorgungsnetz getrennt und die Spannung in dem fehlerfreien Versorgungsnetz würde stabilisiert. Es versteht sich, dass beispielsweise lediglich das erste Versorgungsnetz von dem dritten Versorgungsnetz getrennt werden kann und das zweite Versorgungsnetz bis zu einem anderen Spannungsgrenzwert beispielsweise über einen Spannungswandler mit dem dritten Versorgungsnetz gekoppelt bleibt.The first or second supply network would consequently be separated from the third supply network and the voltage in the fault-free supply network would be stabilized. It goes without saying that, for example, only the first supply network can be separated from the third supply network and the second supply network remains coupled to the third supply network, for example via a voltage converter, up to another voltage limit value.

Es versteht sich, dass weitere Überwachungen beziehungsweise eine Kommunikationsschnittstelle in der Steuereinheit vorgesehen sein können. So wird es möglich, die Steuereinheit auch extern, beispielsweise über einen Fahrzeugbus, anzusteuern.It goes without saying that further monitoring or a communication interface can be provided in the control unit. This makes it possible to control the control unit externally, for example via a vehicle bus.

In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit in dem ersten steuerbaren Trennelement den gleichen Sicherheitslevel aufweisen, wie die elektrischen Verbraucher in dem ersten Versorgungsnetz. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinheit in dem zweiten steuerbaren Trennelement den gleichen Sicherheitslevel aufweisen, wie die elektrischen Verbraucher in dem zweiten Versorgungsnetz.In one embodiment, the control unit in the first controllable isolating element can have the same safety level as the electrical loads in the first supply network. Additionally or alternatively, the control unit in the second controllable isolating element can have the same safety level as the electrical loads in the second supply network.

Die Funktionalität der Verbraucher in dem ersten beziehungsweise zweiten Versorgungsnetz wird durch die steuerbaren Trennelemente sichergestellt. Lediglich auf Grund der Dekomposition beispielsweise eines ASIL-D in zwei ASIL-B(D) können die Anforderungen an die einzelnen Versorgungsnetze gering gehalten werden.The functionality of the consumers in the first or second supply network is ensured by the controllable isolating elements. Just because of the decomposition, for example one ASIL-D in two ASIL-B (D) the requirements for the individual supply networks can be kept low.

Es versteht sich, dass die Überwachung der Versorgungsnetze beziehungsweise die Ansteuerung der steuerbaren Trennelemente und die entsprechende Überwachung daher dem gleichen Sicherheitslevel genügen müssen.It goes without saying that the monitoring of the supply networks or the activation of the controllable isolating elements and the corresponding monitoring must therefore satisfy the same security level.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild eines elektrischen Versorgungssystems gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Versorgungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Versorgungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Trennelements gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Advantageous exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a block diagram of an electrical supply system according to the prior art;
  • 2 a block diagram of an embodiment of an electrical supply system according to the present invention;
  • 3 a block diagram of an embodiment of an electrical supply system according to the present invention;
  • 4th a block diagram of an embodiment of a separator according to the present invention; and
  • 5 a flowchart of an embodiment of a method according to the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic representations and serve only to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Fahrzeugsystems FS gemäß dem Stand der Technik. Das Fahrzeugsystem FS weist zwei separate Versorgungsnetze auf, die symbolisch durch eine gestrichelte Linie getrennt werden. Das erste Versorgungsnetz (links) weist eine erste Energiequelle Q1 auf, die beispielsweise eine Batterie sein kann. Ebenso weist das zweite Versorgungsnetz (rechts) eine zweite Energiequelle Q2 auf, die beispielsweise auch eine Batterie sein kann. In dem ersten Versorgungsnetz ist ferner eine dritte Energiequelle Q3 angeordnet. Diese dritte Energiequelle Q3 kann beispielsweise ein DC/DC-Wandler sein, der in einem Elektrofahrzeug aus der Spannung der Fahrzeughochvoltbatterie eine 12-V-Spannung erzeugt. 1 Figure 11 shows a block diagram of a vehicle electrical system FS according to the state of the art. The vehicle system FS has two separate supply networks, which are symbolically separated by a dashed line. The first supply network (left) has a first energy source Q1 on, which can be a battery, for example. The second supply network (right) also has a second energy source Q2 on, which can also be a battery, for example. There is also a third energy source in the first supply network Q3 arranged. This third source of energy Q3 can be, for example, a DC / DC converter that generates a 12 V voltage in an electric vehicle from the voltage of the vehicle's high-voltage battery.

In dem ersten Versorgungsnetz ist ferner eine Anzahl von Systemen mit der Sicherheitseinstufung QM (schematisch als Quadrat dargestellt, im Folgenden „QM-Systeme“) angeordnet, die über das erste Versorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Ferner ist ein Schalter SW vorgesehen, welcher die QM-Systeme bei einem Überstrom beziehungsweise einer Unterspannung von dem ersten Versorgungsnetz trennt. In the first supply network there are also a number of systems with the safety classification QM (shown schematically as a square, hereinafter “QM systems”) that are supplied with electrical energy via the first supply network. There is also a switch SW provided, which separates the QM systems from the first supply network in the event of an overcurrent or undervoltage.

Das zweite Versorgungsnetz ist mit dem ersten Versorgungsnetz über einen Spannungswandler DCDC gekoppelt. Dieser ist nötig, da die zweite Energiequelle Q2 eine andere Ladespannung aufweist, als die erste Energiequelle Q1. Die erste Energiequelle Q1 kann beispielsweise eine übliche 12-V-Fahrzeugbatterie sein, während die zweite Energiequelle Q2 eine spezielle Lithium-Ionen-Batterie für eine Notstromversorgung sein kann. Eine solche Lithium-Ionen-Batterie weist eine höhere Ladespannung auf, als beispielsweise eine 12-V-Fahrzeugbatterie. Die Ladespannung der zweite Energiequelle Q2 kann daher beispielsweise bei 16 V oder dergleichen liegen.The second supply network is connected to the first supply network via a voltage converter DCDC coupled. This is necessary because it is the second source of energy Q2 has a different charging voltage than the first energy source Q1 . The first source of energy Q1 can for example be a standard 12 V vehicle battery, while the second energy source Q2 a special lithium-ion battery for an emergency power supply. Such a lithium-ion battery has a higher charging voltage than, for example, a 12 V vehicle battery. The charging voltage of the second energy source Q2 can therefore be, for example, 16 V or the like.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsnetz sind als sicherheitsrelevant eingestufte Systeme (im Folgenden ASIL-Systeme) angeordnet, die je nach Bedarf aus beiden Versorgungsnetzen über die Verteiler V1, V2 mit elektrischer Energie versorgt werden können.Systems classified as safety-relevant (in the following ASIL systems) are arranged between the first and the second supply network, which, as required, come from both supply networks via the distributors V1 , V2 can be supplied with electrical energy.

Das gezeigte Fahrzeugsystem FS geht von einer redundanten Versorgung aus, bei welchem die zwei Versorgungsnetze im Fehlerfall voneinander durch den Spannungswandler DCDC getrennt werden können.The vehicle system shown FS assumes a redundant supply in which the two supply networks are separated from each other by the voltage converter in the event of a fault DCDC can be separated.

Werden die ASIL-Systeme beispielsweise als ASIL-D-Systeme eingestuft, erlaubt der redundante Versorgungsansatz eine Dekomposition in ASIL-B(D) + ASIL-B(D), also eine Einstufung von ASIL-B für jedes der Versorgungsnetze. Allerdings hat die Unabhängigkeit der zwei Versorgungsnetze weiterhin die Einstufung ASIL-D.If the ASIL systems are classified as ASIL-D systems, for example, the redundant supply approach allows a decomposition into ASIL-B (D) + ASIL-B (D), i.e. a classification of ASIL-B for each of the utility networks. However, the independence of the two supply networks still has the classification ASIL-D .

Kann aus einem der Versorgungsnetze keine Versorgung der ASIL-Systeme erfolgen, muss das Fahrzeug in einen Notmodus übergehen und in einen sicheren Zustand wechseln (üblicherweise Stillstand des Fahrzeugs).If the ASIL systems cannot be supplied from one of the supply networks, the vehicle must switch to emergency mode and switch to a safe state (usually the vehicle is stationary).

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, dass die QM-Systeme in einem Versorgungsnetz angeordnet werden, welches die Einstufung ASIL-B(D) erhält. Folglich „erben“ auch alle QM-Systeme diese Einstufung und müssen die entsprechenden Anforderungen erfüllen. Eine entsprechende Überarbeitung wäre insbesondere bei bereits vorhandenen Systemen sehr aufwändig.This known arrangement has the disadvantage that the QM systems are arranged in a supply network, which the classification ASIL-B (D) receives. As a result, all QM systems “inherit” this classification and must meet the relevant requirements. A corresponding revision would be very time-consuming, especially for existing systems.

Da die Unabhängigkeit der zwei Versorgungsnetze weiterhin die Einstufung ASIL-D erhält, muss auch der Spannungswandler DCDC als trennendes Element (single point of failure) mit der Einstufung ASIL-D versehen werden.Since the independence of the two supply networks continues the classification ASIL-D receives, the voltage converter must DCDC as a separating element (single point of failure) with the classification ASIL-D be provided.

Schließlich führen Fehler in der Vorverteilung beziehungsweise allgemeine Spannungseinbrüche durch konstruktive Überlagerung von Lasten der QM-Systeme sofort zu einem Übergang in den Notmodus und damit zu einem „Liegenbleiber“.Ultimately, errors in the pre-distribution or general voltage drops due to constructive superimposition of loads in the QM systems immediately lead to a transition to emergency mode and thus to a "breakdown".

2 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Versorgungssystems 100. Das elektrische Versorgungssystem 100 dient beispielsweise der Versorgung elektrischer Verbraucher 180, 181, 182, 183 in einem Fahrzeug. 2 shows a block diagram of an electrical supply system 100 . The electrical supply system 100 serves, for example, to supply electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 in a vehicle.

Das elektrische Versorgungssystem 100 weist ein erstes Versorgungsnetz 101, ein zweites Versorgungsnetz 102 und ein drittes Versorgungsnetz 103 auf. Das erste Versorgungsnetz 101 ist mit dem dritten Versorgungsnetz 103 über ein erstes steuerbares Trennelement 104 gekoppelt. Ferner ist das zweite Versorgungsnetz 102 mit dem dritten Versorgungsnetz 103 über ein zweites steuerbares Trennelement 105 gekoppelt.The electrical supply system 100 has a first supply network 101 , a second supply network 102 and a third supply network 103 on. The first supply network 101 is with the third supply network 103 via a first controllable separating element 104 coupled. Furthermore, the second supply network 102 with the third supply network 103 via a second controllable separating element 105 coupled.

Das erste Versorgungsnetz 101 versorgt elektrische Verbraucher 180, 182 mit elektrischer Energie. Dabei weisen die elektrischen Verbraucher 180, 182 einen ersten Sicherheitslevel, beispielsweise ASIL-D, auf. Das zweite Versorgungsnetz 102 versorgt elektrische Verbraucher 181, 182 mit elektrischer Energie. Dabei weisen die elektrischen Verbraucher 181, 182 ebenfalls den ersten Sicherheitslevel auf.The first supply network 101 supplies electrical consumers 180 , 182 with electrical energy. The electrical consumers 180 , 182 a first security level, for example ASIL-D , on. The second supply network 102 supplies electrical consumers 181 , 182 with electrical energy. The electrical consumers 181 , 182 also the first security level.

Das dritte Versorgungsnetz 103 versorgt elektrische Verbraucher 183 mit einem zweiten Sicherheitslevel, beispielsweise QM, mit elektrischer Energie. Der zweite Sicherheitslevel kennzeichnet dabei eine niedrigere Kritikalität, als der erste Sicherheitslevel. Wie bereits erläutert, kann der erste Sicherheitslevel beispielsweise ASIL-D sein und der zweite Sicherheitslevel QM.The third supply network 103 supplies electrical consumers 183 with a second security level, for example QM , with electrical energy. The second security level indicates a lower criticality than the first security level. As already explained, the first security level can, for example ASIL-D his and the second security level QM .

Das erste steuerbare Trennelement 104 kann gesteuert das erste Versorgungsnetz 101 elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz 103 koppeln beziehungsweise dieses von dem dritten Versorgungsnetz 103 trennen. Analog zu dem ersten steuerbaren Trennelement 104 kann das zweite steuerbare Trennelement 105 das zweite Versorgungsnetz 102 elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz 103 koppeln beziehungsweise diese von dem dritten Versorgungsnetz 103 trennen. Es versteht sich, dass die steuerbaren Trennelemente 104, 105 eine positive oder eine negative Logik aufweisen können. Dies bedeutet, dass sich bei negativer Logik die steuerbaren Trennelemente 104, 105 ohne eine aktive Ansteuerung in einem geöffneten Zustand befinden und lediglich bei aktiver Ansteuerung eine elektrische Verbindung herstellen. Bei positiver Logik befinden sich die steuerbaren Trennelemente 104, 105 ohne eine aktive Ansteuerung in einem geschlossenen Zustand und trennen lediglich bei aktiver Ansteuerung die elektrische Verbindung.The first controllable separator 104 can controlled the first supply network 101 electrically to the third supply network 103 couple or this from the third supply network 103 separate. Analogous to the first controllable separating element 104 can the second controllable separating element 105 the second supply network 102 electrically to the third supply network 103 couple or this from the third supply network 103 separate. It goes without saying that the controllable separating elements 104 , 105 can have positive or negative logic. This means that in the case of negative logic, the controllable separating elements 104 , 105 are in an open state without an active control and only establish an electrical connection when the control is active. If the logic is positive, the controllable separating elements are located 104 , 105 without an active control in a closed state and only disconnect the electrical connection when the control is active.

Insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen können die steuerbaren Trennelemente 104, 105 eine negative Logik aufweisen. Ein Ausfall des Steuersignals beziehungsweise des ansteuernden Systems führt so zu einem automatischen Unterbrechen der elektrischen Verbindung.In particular in safety-critical applications, the controllable separating elements 104 , 105 have a negative logic. A failure of the control signal or the controlling system leads to an automatic interruption of the electrical connection.

Bei dem elektrischen Versorgungssystem 100 werden im Gegensatz zu dem System der 1 drei separate Versorgungsnetze 101, 102, 103 bereitgestellt. Dabei stellt das dritte Versorgungsnetz 103 die zentrale Verbindung zwischen den drei Versorgungsnetzen 101, 102, 103 dar.With the electrical supply system 100 are in contrast to the system of 1 three separate supply networks 101 , 102 , 103 provided. The third supply network provides 103 the central connection between the three supply networks 101 , 102 , 103 represent.

Elektrische Verbraucher des ersten Sicherheitslevels, also Verbraucher 180, 181, 182, werden durch das erste Versorgungsnetz 101 oder das zweite Versorgungsnetz 102 oder die zwei Versorgungsnetze 101, 102 versorgt. Da für diese Verbraucher 180, 181, 182 also eine redundante elektrische Versorgung bereitgestellt wird, kann auch hier die Dekomposition von beispielsweise ASIL-D in zwei Versorgungsnetze 101, 102 mit ASIL-B(D) erfolgen.Electrical consumers of the first security level, i.e. consumers 180 , 181 , 182 , are through the first supply network 101 or the second supply network 102 or the two supply networks 101 , 102 provided. As for these consumers 180 , 181 , 182 so a redundant electrical supply is provided, the decomposition of, for example ASIL-D in two supply networks 101 , 102 With ASIL-B (D) respectively.

Das erste Versorgungsnetz 101 oder das zweite Versorgungsnetz 102 sind folglich derart ausgebildet, dass diese die Anforderungen des sich durch die Dekomposition ergebenden Sicherheitslevels erfüllen, in dem obigen Beispiel also ASIL-B(D).The first supply network 101 or the second supply network 102 are consequently designed in such a way that they meet the requirements of the security level resulting from the decomposition, i.e. in the above example ASIL-B (D) .

In dem elektrischen Versorgungssystem 100 werden die beispielhaften elektrischen Verbraucher 180, 181, 182 des ersten Sicherheitslevels durch das erste Versorgungsnetz 101 und das elektrische Versorgungsnetz 102 versorgt. Der Verbraucher 182, der durch das erste Versorgungsnetz 101 und das zweite Versorgungsnetz 102 versorgt wird kann beispielsweise ein Verbraucher 182 sein, dessen Funktion nicht durch einen anderen Verbraucher ersetzt werden kann. Dies trifft beispielsweise auf eine elektrische Lenkung zu. Verbraucher 180 und Verbraucher 181 können sich dagegen ergänzen beziehungsweise komplementäre Funktionen ausführen. Solche komplementäre Funktionen können beispielsweise eine elektrische Bremse und ein Stabilitätssystem sein, da das Stabilitätssystem im Fehlerfall der elektrischen Bremse das Fahrzeug auch abbremsen kann.In the electrical supply system 100 are the exemplary electrical consumers 180 , 181 , 182 of the first security level through the first supply network 101 and the electrical supply network 102 provided. The consumer 182 going through the first supply network 101 and the second supply network 102 A consumer can be supplied, for example 182 whose function cannot be replaced by another consumer. This applies, for example, to electric steering. consumer 180 and consumers 181 can, however, complement each other or perform complementary functions. Such complementary functions can be, for example, an electric brake and a stability system, since the stability system can also brake the vehicle in the event of a fault in the electric brake.

Bei dem elektrischen Versorgungssystem 100 können das erste Versorgungsnetz 101 und das zweite Versorgungsnetz 102 jeweils separat durch die steuerbaren Trennelemente 104, 105 von dem dritten Versorgungsnetz 103 getrennt werden.With the electrical supply system 100 can use the first supply network 101 and the second supply network 102 each separately through the controllable separating elements 104 , 105 from the third supply network 103 be separated.

Daraus folgt, dass bei jedem Einfachfehler immer entweder das erste Versorgungsnetz 101 oder das zweite Versorgungsnetz 102 die Verbraucher des ersten Sicherheitslevels versorgen kann, die an die zwei Versorgungsnetze 101, 102 angeschlossen sind.It follows from this that with every single fault, either the first supply network 101 or the second supply network 102 can supply the consumers of the first security level connected to the two supply networks 101 , 102 are connected.

Bei einem Fehler in dem ersten Versorgungsnetz 101 kann dieses durch das erste steuerbare Trennelement 104 von dem dritten Versorgungsnetz 103 getrennt werden. Bei einem Fehler in dem zweiten Versorgungsnetz 102 kann dieses durch das zweite steuerbare Trennelement 105 von dem dritten Versorgungsnetz 103 getrennt werden. In beiden Fällen kann aber beispielsweise weiterhin elektrische Energie von dem dritten Versorgungsnetz 103 in das zweite Versorgungsnetz 102 beziehungsweise das erste Versorgungsnetz 101 übertragen werden und die volle Funktionalität der jeweiligen Verbraucher sichergestellt werden. Es ist also zumindest ein sogenannter „Limp Home“ Betriebsmodus möglich und das Fahrzeug wird nicht zu einem sog. „Liegenbleiber“.In the event of a fault in the first supply network 101 can do this through the first controllable separating element 104 from the third supply network 103 be separated. In the event of a fault in the second supply network 102 can do this through the second controllable separating element 105 from the third supply network 103 be separated. In both cases, however, electrical energy can continue to be supplied from the third supply network, for example 103 into the second supply network 102 or the first supply network 101 and the full functionality of the respective consumer is ensured. So at least a so-called “Limp Home” operating mode is possible and the vehicle does not become a so-called “layover”.

Bei einem Fehler in dem dritten Versorgungsnetz 103 können sowohl das erste Versorgungsnetz 101 als auch das zweite Versorgungsnetz 102 von dem dritten Versorgungsnetz 103 getrennt werden. Die Verbraucher 180, 181, 182 können dann solange weiterbetrieben werden, bis die Energiespeicher in dem ersten Versorgungsnetz 101 und dem zweiten Versorgungsnetz 102 geleert sind.In the event of a fault in the third supply network 103 can both the first supply network 101 as well as the second supply network 102 from the third supply network 103 be separated. The consumers 180 , 181 , 182 can then continue to operate until the energy store is in the first supply network 101 and the second supply network 102 are emptied.

Die Anzahl und die Anordnung der Verbraucher 180, 181, 182 des ersten Sicherheitslevels ist lediglich beispielhaft zur Veranschaulichung des Prinzips der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es versteht sich, dass eine andere Anzahl und andere Arten von Verbrauchern ebenfalls mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.The number and arrangement of consumers 180 , 181 , 182 of the first security level is shown only by way of example to illustrate the principle of the present invention. It will be understood that other numbers and types of consumers can also be used with the present invention.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Versorgungssystems 200. Das elektrische Versorgungssystem 200 basiert auf dem elektrischen Versorgungssystem 100 und weist folglich ein erstes Versorgungsnetz 201, ein zweites Versorgungsnetz 202 und ein drittes Versorgungsnetz 203 auf. Das erste Versorgungsnetz 201 ist über ein steuerbares Trennelement 204 mit dem dritten Versorgungsnetz 203 gekoppelt und das zweite Versorgungsnetz 202 ist über ein steuerbares Trennelement 205 mit dem dritten Versorgungsnetz 203 gekoppelt. Das erste Versorgungsnetz 201 versorgt elektrische Verbraucher 280, 282 des ersten Sicherheitslevels und das zweite Versorgungsnetz 202 versorgt elektrische Verbraucher 281, 282 des ersten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie. Das dritte Versorgungsnetz 203 versorgt Verbraucher 283 des zweiten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie. 3 shows a block diagram of an electrical supply system 200 . The electrical supply system 200 is based on the electrical supply system 100 and consequently has a first supply network 201 , a second supply network 202 and a third supply network 203 on. The first supply network 201 is via a controllable separating element 204 with the third supply network 203 coupled and the second supply network 202 is via a controllable separating element 205 with the third supply network 203 coupled. The first supply network 201 supplies electrical consumers 280 , 282 of the first security level and the second supply network 202 supplies electrical consumers 281 , 282 the first security level with electrical energy. The third supply network 203 supplies consumers 283 of the second security level with electrical energy.

In dem elektrischen Versorgungssystem 200 sind ferner drei Energiequellen beziehungsweise Energiespeicher dargestellt. Das dritte Versorgungsnetz 203 wird durch einen Spannungswandler 210 mit elektrischer Energie versorgt, der die Hauptenergiequelle des dritten Versorgungsnetzes 203 darstellt. Der Spannungswandler 210 kann beispielsweise eine elektrische Spannung aus einer Hochspannungsbatterie in einem Fahrzeug in eine 12-V- oder 48-V-Spannung wandeln und die Verbraucher in dem dritten Versorgungsnetz 203 mit elektrischer Energie versorgen.In the electrical supply system 200 three energy sources or energy stores are also shown. The third supply network 203 is through a voltage converter 210 supplied with electrical energy, which is the main energy source of the third supply network 203 represents. The voltage converter 210 can, for example, convert an electrical voltage from a high-voltage battery in a vehicle into a 12 V or 48 V voltage and the loads in the third supply network 203 supply with electrical energy.

Über die Kopplung des dritten Versorgungsnetzes 203 mit dem ersten Versorgungsnetz 201 und dem zweiten Versorgungsnetz 202 können im fehlerfreien Betrieb ferner die elektrischen Verbraucher 280, 281, 282 des ersten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie aus dem Spannungswandler 210 versorgt werden. Zusätzlich ist in dem ersten Versorgungsnetz 201 und in dem zweiten Versorgungsnetz 202 jeweils eine Versorgungsenergiequelle 211, 212 angeordnet, welche beispielsweise Batterien mit einer entsprechenden Lade-/Entladesteuerung und eine Überwachung der Batterie aufweisen können.Via the coupling of the third supply network 203 with the first supply network 201 and the second supply network 202 can also be the electrical consumers in error-free operation 280 , 281 , 282 of the first safety level with electrical energy from the voltage converter 210 are supplied. In addition, is in the first supply network 201 and in the second supply network 202 one supply energy source each 211 , 212 arranged, which can have batteries with a corresponding charge / discharge control and monitoring of the battery, for example.

Zwischen dem dritten Versorgungsnetz 203 und dem zweiten Versorgungsnetz 202 ist ferner ein Spannungswandler 213 angeordnet. Dieser Spannungswandler 213 ist optional und wird lediglich dann benötigt, wenn die Ladespannung der Batterie in der Versorgungsenergiequelle 212 nicht der Betriebsspannung des dritten Versorgungsnetzes 203 entspricht. Es versteht sich, dass ein solcher Spannungswandler auch zwischen dem dritten Versorgungsnetz 203 und dem ersten Versorgungsnetz 201 vorgesehen werden kann.Between the third supply network 203 and the second supply network 202 is also a voltage converter 213 arranged. This voltage converter 213 is optional and is only required if the charging voltage of the battery is in the supply energy source 212 not the operating voltage of the third supply network 203 corresponds to. It goes without saying that such a voltage converter can also be used between the third supply network 203 and the first supply network 201 can be provided.

Obwohl nicht separat dargestellt, versteht sich, dass in den einzelnen Versorgungsnetzen 201, 202, 203 jeweils Elemente zur Leistungsverteilung vorgesehen sein können. Solche Verteiler können lediglich passive Elemente aufweisen und elektrische Leistung an die einzelnen Verbraucher 280, 281, 282, 283 liefern. Insbesondere in dem ersten Versorgungsnetz 201 und in dem zweiten Versorgungsnetz 202 können die Verteiler aber beispielsweise auch Überwachungsfunktionen, beispielsweise Strommessungen und Spannungsmessungen und Überwachung entsprechender Grenzwerte aufweisen. Die Verteiler können bei Erkennen eines Fehlers durch eine Überwachungsfunktion beispielsweise auch einzelne der Verbraucher 280, 281, 282, 283 abschalten beziehungsweise von der Versorgung trennen.Although not shown separately, it goes without saying that in the individual supply networks 201 , 202 , 203 elements for power distribution can be provided in each case. Such distributors can only have passive elements and electrical power to the individual consumers 280 , 281 , 282 , 283 deliver. In particular in the first supply network 201 and in the second supply network 202 However, the distributors can, for example, also have monitoring functions, for example current measurements and voltage measurements and monitoring of corresponding limit values. When a fault is detected, the distributors can, for example, also use a monitoring function to activate individual consumers 280 , 281 , 282 , 283 switch off or disconnect from the supply.

Die Architektur des elektrischen Versorgungssystems 200 ermöglicht bei jedem Einfachfehler in dem elektrischen Versorgungssystem 200 die Versorgung der Verbraucher 280, 281, 282 des ersten Sicherheitslevels aus mindestens einer Energiequelle. Insbesondere ist bei einem Einfachfehler in dem ersten Versorgungsnetz 201 oder dem zweiten Versorgungsnetz 202 eine Versorgung der Verbraucher 280, 281, 282 des ersten Sicherheitslevels aus zwei Energiequellen möglich und damit auch ein Weiterbetrieb der jeweiligen Verbraucher 280, 281, 282, eventuell in einem eingeschränkten Modus, möglich.The architecture of the electrical supply system 200 allows for every single fault in the electrical supply system 200 the supply of consumers 280 , 281 , 282 of the first security level from at least one energy source. In particular, there is a single fault in the first supply network 201 or the second supply network 202 a supply of consumers 280 , 281 , 282 of the first security level from two energy sources possible and thus also one Continued operation of the respective consumer 280 , 281 , 282 , possibly in a restricted mode.

Bei einem Fehler in dem ersten Versorgungsnetz 201 kann beispielsweise das steuerbare Trennelement 204 die Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsnetz 201 und dem dritten Versorgungsnetz 203 trennen. Die Verbraucher 281, 282 können dann weiterhin über den Spannungswandler 210 und über die Versorgungsenergiequelle 212 des zweiten Versorgungsnetzes 202 versorgt werden.In the event of a fault in the first supply network 201 can, for example, the controllable separating element 204 the connection between the first supply network 201 and the third supply network 203 separate. The consumers 281 , 282 can then continue to use the voltage converter 210 and via the supply energy source 212 of the second supply network 202 are supplied.

Bei einem Fehler in dem zweiten Versorgungsnetz 202 kann beispielsweise das steuerbare Trennelement 205 die Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsnetz 202 und dem dritten Versorgungsnetz 203 trennen. Die Verbraucher 280, 282 können dann weiterhin über den Spannungswandler 210 und über die Versorgungsenergiequelle 211 des ersten Versorgungsnetzes 201 versorgt werden.In the event of a fault in the second supply network 202 can, for example, the controllable separating element 205 the connection between the first supply network 202 and the third supply network 203 separate. The consumers 280 , 282 can then continue to use the voltage converter 210 and via the supply energy source 211 of the first supply network 201 are supplied.

4 zeigt ein Blockschaltbild eines Trennelements 304 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass das Trennelement 304 zwischen dem ersten und dem dritten Versorgungsnetz oder zwischen dem zweiten und dem dritten Versorgungsnetz genutzt werden kann. 4th shows a block diagram of a separator 304 according to the present invention. It goes without saying that the separating element 304 can be used between the first and the third supply network or between the second and the third supply network.

Das Trennelement 304 weist zwei N-Kanal MOSFETs 322, 323 mit entgegengesetzter Polarität auf, die in Serie angeordnet sind. Ein Anschluss 320 des Trennelements 304 ist folglich mit dem Source Anschluss des ersten MOSFET 322 gekoppelt. Der Drain Anschluss des ersten MOSFET 322 ist mit dem Drain Anschluss des zweiten MOSFET 323 gekoppelt, dessen Source Anschluss mit einem zweiten Anschluss 321 des Trennelements 304 gekoppelt ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, dass elektrischer Strom in beide Richtungen über die MOSFETs 322, 323 und damit durch das Trennelement 304 fließt.The separator 304 has two N-channel MOSFETs 322 , 323 with opposite polarity, which are arranged in series. One connection 320 of the separating element 304 is consequently with the source connection of the first MOSFET 322 coupled. The drain connection of the first MOSFET 322 is with the drain connection of the second MOSFET 323 coupled, its source connection to a second connection 321 of the separating element 304 is coupled. This arrangement makes it possible for electrical current to flow in both directions via the MOSFETs 322 , 323 and thus through the separating element 304 flows.

Die Gate Anschlüsse der MOSFETs 322, 323 sind beide mit einer Steuereinheit 324 gekoppelt. Die Steuereinheit 324 kann Steuersignale für die MOSFETs 322, 323 bereitstellen und diese beispielsweise dann durchsteuern, wenn die jeweiligen Versorgungsnetze miteinander gekoppelt werden sollen. Die Steuereinheit 324 kann beispielsweise die Spannungen (beispielsweise gegenüber einer Fahrzeugmasse) in den Versorgungsnetzen überwachen und bei einer Unterspannung die elektrische Verbindung trennen. Die Steuereinheit 324 kann beispielsweise auch eine Strommessung durchführen. Dazu kann sie beispielsweise die Spannung über einen der MOSFETs 322, 323 messen und basierend auf der gemessen Spannung und dem Durchgangswiderstand des MOSFET 322, 323 den Strom berechnen. Fließt durch das Trennelement 304 ein Strom, der über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, kann die Steuereinheit 324 die elektrische Verbindung ebenfalls unterbrechen.The gate connections of the MOSFETs 322 , 323 are both with a control unit 324 coupled. The control unit 324 can control signals for the MOSFETs 322 , 323 provide and control them, for example, when the respective supply networks are to be coupled with one another. The control unit 324 can, for example, monitor the voltages (for example with respect to a vehicle ground) in the supply networks and disconnect the electrical connection in the event of an undervoltage. The control unit 324 can also perform a current measurement, for example. For this purpose, it can, for example, the voltage across one of the MOSFETs 322 , 323 measure and based on the measured voltage and the volume resistance of the MOSFET 322 , 323 calculate the current. Flows through the divider 304 the control unit can generate a current that is above a predetermined threshold value 324 also interrupt the electrical connection.

Es versteht sich, dass das Trennelement 304 lediglich ein Beispiel für einen möglichen Aufbau eines Trennelements darstellt und dass andere Varianten ebenfalls möglich sind.It goes without saying that the separating element 304 represents only one example of a possible structure of a separating element and that other variants are also possible.

Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-4 als Referenz beibehalten.For easier understanding, the reference numerals are used in the following description 1-4 retained for reference.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Versorgungssystems 100, 200 in einem Fahrzeug mit elektrischen Verbrauchern 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283. 5 FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for operating an electrical supply system 100 , 200 in a vehicle with electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 .

In einem ersten Schritt S1 des Versorgens werden elektrische Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 eines ersten Sicherheitslevels über ein erstes Versorgungsnetz 101, 201 mit elektrischer Energie versorgt. In einem zweiten Schritt S2 des Versorgens werden elektrische Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 des ersten Sicherheitslevels über ein zweites Versorgungsnetz 102, 202 mit elektrischer Energie versorgt. In einem dritten Schritt S3 des Versorgens werden elektrische Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 eines zweiten Sicherheitslevels über ein drittes Versorgungsnetz 103, 203 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei kennzeichnet der zweite Sicherheitslevel eine niedrigere Kritikalität, als der erste Sicherheitslevel.In a first step S1 of supply become electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 a first security level via a first supply network 101 , 201 supplied with electrical energy. In a second step S2 of supply become electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 of the first security level via a second supply network 102 , 202 supplied with electrical energy. In a third step S3 of supply become electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 a second security level via a third supply network 103 , 203 supplied with electrical energy. The second security level indicates a lower criticality than the first security level.

In einem vierten Schritt S4 des gesteuerten Verbindens wird das erste Versorgungsnetz 101, 201 mit dem dritten Versorgungsnetz 103, 203 in Abhängigkeit eines Zustands des elektrischen Versorgungssystems 100, 200 über ein erstes steuerbares Trennelement 104, 204, 304 verbunden. In einem fünften Schritt S5 des gesteuerten Verbindens wird das zweite Versorgungsnetz 102, 202 mit dem dritten Versorgungsnetz 103, 203 in Abhängigkeit des Zustands des elektrischen Versorgungssystems 100, 200 über ein zweites steuerbares Trennelement 105, 205.In a fourth step S4 the controlled connection becomes the first supply network 101 , 201 with the third supply network 103 , 203 depending on a state of the electrical supply system 100 , 200 via a first controllable separating element 104 , 204 , 304 connected. In a fifth step S5 the controlled connection becomes the second supply network 102 , 202 with the third supply network 103 , 203 depending on the state of the electrical supply system 100 , 200 via a second controllable separating element 105 , 205 .

Das Verfahren kann ferner das Bereitstellen elektrischer Energie in dem dritten Versorgungsnetz 103, 203 mit einer Hauptenergiequelle 210, und/oder das Speichern oder Bereitstellen elektrischer Energie in dem ersten Versorgungsnetz 101, 201 mit einer ersten Versorgungsenergiequelle 211, und/oder das Speichern oder Bereitstellen elektrischer Energie in dem zweiten Versorgungsnetz 102, 202 mit einer zweiten Versorgungsenergiequelle 212 aufweisen.The method can also include providing electrical energy in the third supply network 103 , 203 with a main source of energy 210 , and / or the storage or provision of electrical energy in the first supply network 101 , 201 with a first supply energy source 211 , and / or the storage or provision of electrical energy in the second supply network 102 , 202 with a second supply energy source 212 exhibit.

In dem ersten Versorgungsnetz 101, 201 kann elektrische Energie in einer Fahrzeugbatterie gespeichert oder aus einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden. In einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Versorgungssystems 100, 200 können die elektrischen Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 des dritten Versorgungsnetzes 103, 203 ferner aus der Fahrzeugbatterie mit elektrische Energie versorgt werden, um beispielsweise Spannungsschwankungen (bis zu einem vorgegebenen Grenzwert) auszugleichen. In dem zweiten Versorgungsnetz 102, 202 kann die elektrische Energie in einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, gespeichert werden oder aus diesem bereitgestellt werden.In the first supply network 101 , 201 electrical energy can be stored in a vehicle battery or provided from a vehicle battery. In error-free operation of the electrical supply system 100 , 200 can the electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 of the third supply network 103 , 203 can also be supplied with electrical energy from the vehicle battery, for example to compensate for voltage fluctuations (up to a predetermined limit value). In the second supply network 102 , 202 the electrical energy can be stored in an energy store, in particular a battery, or provided from this.

In dem zweiten steuerbaren Trennelement 105, 205 kann ferner eine Spannung in dem dritten Versorgungsnetz 103, 203 in eine Ladespannung für die zweite Versorgungsenergiequelle 212 gewandelt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Ladespannung für den Energiespeicher in dem zweiten Versorgungsnetz nicht der Betriebsspannung des dritten Versorgungsnetzes 103, 203 entspricht. Analog kann dies auch für das erste Versorgungsnetz erfolgen.In the second controllable separation element 105 , 205 can also be a voltage in the third supply network 103 , 203 into a charging voltage for the second supply energy source 212 to be converted. This is particularly the case when the charging voltage for the energy store in the second supply network does not match the operating voltage of the third supply network 103 , 203 corresponds to. This can also be done analogously for the first supply network.

Das Verbinden S4, S5 kann durch eine Anzahl von halbleiterbasierten Schaltelementen 322, 323 in einem Lastpfad des ersten steuerbaren Trennelements 104, 204, 304 und/oder des zweiten steuerbaren Trennelements 105, 205 durchgeführt werden. Eine Steuereinheit 324 in dem ersten steuerbaren Trennelement 104, 204, 304 und/oder dem zweiten steuerbaren Trennelement 105, 205 kann dazu mit den halbleiterbasierten Schaltelementen 322, 323 gekoppelt sein und die halbleiterbasierten Schaltelemente 322, 323 beispielsweise basierend auf einem Zustand des elektrischen Versorgungssystems 100, 200 ansteuern.The connection S4 , S5 can by a number of semiconductor-based switching elements 322 , 323 in a load path of the first controllable isolating element 104 , 204 , 304 and / or the second controllable separating element 105 , 205 be performed. A control unit 324 in the first controllable separator 104 , 204 , 304 and / or the second controllable separating element 105 , 205 can do this with the semiconductor-based switching elements 322 , 323 be coupled and the semiconductor-based switching elements 322 , 323 for example based on a state of the electrical supply system 100 , 200 drive.

Schließlich kann die Steuereinheit 324 in dem ersten steuerbaren Trennelement 104, 204, 304 den gleichen Sicherheitslevel aufweisen, wie die elektrischen Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 in dem ersten Versorgungsnetz 101, 201. Ebenso kann die Steuereinheit 324 in dem zweiten steuerbaren Trennelement 105, 205 den gleichen Sicherheitslevel aufweisen, wie die elektrischen Verbraucher 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283 in dem zweiten Versorgungsnetz 102, 202.Finally, the control unit can 324 in the first controllable separator 104 , 204 , 304 have the same safety level as the electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 in the first supply network 101 , 201 . Likewise, the control unit 324 in the second controllable separation element 105 , 205 have the same safety level as the electrical consumers 180 , 181 , 182 , 183 , 280 , 281 , 282 , 283 in the second supply network 102 , 202 .

Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.Since the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they can be modified in a wide scope in the usual way by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the proportions of the individual elements to one another are only exemplary.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100, 200100, 200
elektrisches Versorgungssystemelectrical supply system
101, 201101, 201
erstes Versorgungsnetzfirst supply network
102, 202102, 202
zweites Versorgungsnetzsecond supply network
103, 203103, 203
drittes Versorgungsnetzthird supply network
104, 204, 304104, 204, 304
erstes steuerbares Trennelementfirst controllable separating element
105, 205105, 205
zweites steuerbares Trennelement second controllable separation element
210210
SpannungswandlerVoltage converter
211,212211.212
VersorgungsenergiequelleSupply energy source
213213
Spannungswandler Voltage converter
320,321320,321
Anschlussconnection
322, 323322, 323
halbleiterbasiertes Schaltelementsemiconductor-based switching element
324324
Steuereinheit Control unit
180, 181, 182, 183180, 181, 182, 183
elektrischer Verbraucherelectrical consumer
280, 281, 282, 283280, 281, 282, 283
elektrischer Verbraucher electrical consumer
S1, S2, S3, S4, S5S1, S2, S3, S4, S5
Verfahrensschritte Procedural steps
FSFS
FahrzeugsystemVehicle system
Q1, Q2, Q3Q1, Q2, Q3
EnergiequelleEnergy source
SWSW
Schaltercounter
QMQM
KomfortfunktionenConvenience functions
ASILASIL
sicherheitsrelevante Funktionensafety-related functions
DCDCDCDC
SpannungswandlerVoltage converter
V1, V2V1, V2
VerteilerDistributor

Claims (10)

Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) zur Versorgung elektrischer Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in einem Fahrzeug, aufweisend: ein erstes Versorgungsnetz (101, 201), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (180, 182, 280, 282) mit einem ersten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen, ein zweites Versorgungsnetz (102, 202), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (181, 183, 281, 283) mit dem ersten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen, ein drittes Versorgungsnetz (103, 203), welches ausgebildet ist, elektrische Verbraucher (183, 283) mit einem zweiten Sicherheitslevel mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei der zweite Sicherheitslevel eine niedrigere Kritikalität kennzeichnet, als der erste Sicherheitslevel, ein erstes steuerbares Trennelement (104, 204, 304), welches ausgebildet ist, gesteuert das erste Versorgungsnetz (101, 201) elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) zu koppeln und/oder von diesem zu trennen, ein zweites steuerbares Trennelement (105, 205), welches ausgebildet ist, gesteuert das zweite Versorgungsnetz (102, 202) elektrisch mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) zu koppeln und/oder von diesem zu trennen, und eine Hauptenergiequelle (210), welche in dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) angeordnet ist, und mit einer ersten Versorgungsenergiequelle (211), welche in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) angeordnet ist, und mit einer zweiten Versorgungsenergiequelle (212), welche in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202) angeordnet ist, wobei die erste Versorgungsenergiequelle (211) eine Fahrzeugbatterie aufweist und wobei die erste Versorgungsenergiequelle (211) ausgebildet ist, in einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Versorgungssystems (100, 200) die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) des dritten Versorgungsnetzes (103, 203) mit elektrischer Energie zu versorgen. Electrical supply system (100, 200) for supplying electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in a vehicle, comprising: a first supply network (101, 201), which is designed, electrical consumers ( 180, 182, 280, 282) with a first safety level with electrical energy, a second supply network (102, 202), which is designed to supply electrical consumers (181, 183, 281, 283) with the first safety level with electrical energy supply, a third supply network (103, 203) which is designed to supply electrical loads (183, 283) with a second security level with electrical energy, the second security level denoting a lower criticality than the first security level, a first controllable isolating element (104 , 204, 304), which is designed to electrically couple the first supply network (101, 201) in a controlled manner to the third supply network (103, 203) and / or to separate it therefrom, a second controllable isolating element (105, 205), which is designed to electrically couple the second supply network (102, 202) to the third supply network (103, 203) in a controlled manner and / or separate it therefrom, and a main energy source (210) which is arranged in the third supply network (103, 203) is, and with a first supply energy source (211), which is arranged in the first supply network (101, 201), and with a second supply energy source (212), which e is arranged in the second supply network (102, 202), wherein the first supply energy source (211) has a vehicle battery and wherein the first supply energy source (211) is designed, in a fault-free operation of the electrical supply system (100, 200) the electrical consumers ( 180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) of the third supply network (103, 203) to be supplied with electrical energy. Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die zweite Versorgungsenergiequelle (212) einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, aufweist.Electrical supply system (100, 200) according to Claim 1 , wherein the second supply energy source (212) has an energy store, in particular a battery. Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) nach Anspruch 2, wobei das zweite steuerbare Trennelement (105, 205) einen Spannungswandler (213) aufweist, welcher ausgebildet ist, eine Spannung in dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) in eine Ladespannung für die zweite Versorgungsenergiequelle (212) zu wandeln.Electrical supply system (100, 200) according to Claim 2 , wherein the second controllable isolating element (105, 205) has a voltage converter (213) which is designed to convert a voltage in the third supply network (103, 203) into a charging voltage for the second supply energy source (212). Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste steuerbare Trennelement (104, 204, 304) und/oder das zweite steuerbare Trennelement (105, 205) in einem Lastpfad eine Anzahl von halbleiterbasierten Schaltelementen (322, 323) aufweisen und wobei das erste steuerbare Trennelement (104, 204, 304) und/oder das zweite steuerbare Trennelement (105, 205) eine Steuereinheit (324) aufweist, welche mit den halbleiterbasierten Schaltelementen (322, 323) gekoppelt ist und ausgebildet ist, die halbleiterbasierten Schaltelemente (322, 323) anzusteuern.Electrical supply system (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the first controllable isolating element (104, 204, 304) and / or the second controllable isolating element (105, 205) in a load path comprises a number of semiconductor-based switching elements (322, 323) and wherein the first controllable separating element (104, 204, 304) and / or the second controllable separating element (105, 205) has a control unit (324) which is coupled to the semiconductor-based switching elements (322, 323) and is formed which to control semiconductor-based switching elements (322, 323). Elektrisches Versorgungssystem (100, 200) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (324) in dem ersten steuerbaren Trennelement (104, 204, 304) den gleichen Sicherheitslevel aufweist, wie die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) und/oder wobei die Steuereinheit (324) in dem zweiten steuerbaren Trennelement (105, 205) den gleichen Sicherheitslevel aufweist, wie die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202).Electrical supply system (100, 200) according to Claim 4 , the control unit (324) in the first controllable isolating element (104, 204, 304) having the same security level as the electrical loads (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in the first supply network ( 101, 201) and / or wherein the control unit (324) in the second controllable separating element (105, 205) has the same security level as the electrical loads (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in the second supply network (102, 202). Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Versorgungssystems (100, 200) in einem Fahrzeug mit elektrischen Verbrauchern (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283), aufweisend: Versorgen (S1) von elektrischen Verbrauchern (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) eines ersten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie über ein erstes Versorgungsnetz (101, 201), Versorgen (S2) von elektrischen Verbrauchern (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) des ersten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie über ein zweites Versorgungsnetz (102, 202), Versorgen (S3) von elektrischen Verbrauchern (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) eines zweiten Sicherheitslevels mit elektrischer Energie über ein drittes Versorgungsnetz (103, 203), wobei der zweite Sicherheitslevel eine niedrigere Kritikalität kennzeichnet, als der erste Sicherheitslevel, gesteuertes Verbinden (S4) des ersten Versorgungsnetzes (101, 201) mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) über ein erstes steuerbares Trennelement (104, 204, 304) in Abhängigkeit eines Zustands des elektrischen Versorgungssystems (100, 200), und gesteuertes Verbinden (S5) des zweiten Versorgungsnetzes (102, 202) mit dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) über ein zweites steuerbares Trennelement (105, 205) in Abhängigkeit des Zustands des elektrischen Versorgungssystems (100, 200), Bereitstellen elektrischer Energie in dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) mit einer Hauptenergiequelle (210), und Speichern oder Bereitstellen elektrischer Energie in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) mit einer ersten Versorgungsenergiequelle (211), und Speichern oder Bereitstellen elektrischer Energie in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202) mit einer zweiten Versorgungsenergiequelle (212), wobei elektrische Energie in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) in einer Fahrzeugbatterie gespeichert oder aus einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird, und wobei in einem fehlerfreien Betrieb des elektrischen Versorgungssystems (100, 200) die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) des dritten Versorgungsnetzes (103, 203) aus der Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden.A method for operating an electrical supply system (100, 200) in a vehicle with electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283), comprising: Supply (S1) of electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) of a first security level with electrical energy via a first supply network (101, 201), Supply (S2) of electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) of the first security level with electrical energy via a second supply network (102, 202), Supply (S3) of electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) of a second security level with electrical energy via a third supply network (103, 203), the second security level denoting a lower criticality than the first security level, controlled connection (S4) of the first supply network (101, 201) to the third supply network (103, 203) via a first controllable isolating element (104, 204, 304) as a function of a state of the electrical supply system (100, 200), and controlled connection (S5) of the second supply network (102, 202) to the third supply network (103, 203) via a second controllable isolating element (105, 205) as a function of the state of the electrical supply system (100, 200), Providing electrical energy in the third supply network (103, 203) with a main energy source (210), and Storing or providing electrical energy in the first supply network (101, 201) with a first supply energy source (211), and Storing or providing electrical energy in the second supply network (102, 202) with a second supply energy source (212), wherein electrical energy is stored in the first supply network (101, 201) in a vehicle battery or provided from a vehicle battery, and wherein the electrical consumers (180, 181, 182, 183, 280 , 281, 282, 283) of the third supply network (103, 203) are supplied with electrical energy from the vehicle battery. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202) elektrische Energie in einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, gespeichert wird oder aus diesem bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 6 , wherein in the second supply network (102, 202) electrical energy is stored in an energy store, in particular a battery, or is provided from this. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem zweiten steuerbaren Trennelement (105, 205) eine Spannung in dem dritten Versorgungsnetz (103, 203) in eine Ladespannung für die zweite Versorgungsenergiequelle (212) gewandelt wird.Procedure according to Claim 7 , wherein in the second controllable isolating element (105, 205) a voltage in the third supply network (103, 203) is converted into a charging voltage for the second supply energy source (212). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, wobei das Verbinden durch eine Anzahl von halbleiterbasierten Schaltelementen (322, 323) in einem Lastpfad des ersten steuerbaren Trennelements (104, 204, 304) und/oder des zweiten steuerbaren Trennelements (105, 205) durchgeführt wird und wobei eine Steuereinheit (324) in dem ersten steuerbaren Trennelement (104, 204, 304) und/oder dem zweiten steuerbaren Trennelement (105, 205) mit den halbleiterbasierten Schaltelementen (322, 323) gekoppelt ist und die halbleiterbasierten Schaltelemente (322, 323) ansteuert.Procedure according to one of the previous ones Claims 6 to 8th , wherein the connection is carried out by a number of semiconductor-based switching elements (322, 323) in a load path of the first controllable isolating element (104, 204, 304) and / or the second controllable isolating element (105, 205) and wherein a control unit (324) in the first controllable isolating element (104, 204, 304) and / or the second controllable isolating element (105, 205) is coupled to the semiconductor-based switching elements (322, 323) and controls the semiconductor-based switching elements (322, 323). Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (324) in dem ersten steuerbaren Trennelement (104, 204, 304) den gleichen Sicherheitslevel aufweist, wie die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in dem ersten Versorgungsnetz (101, 201) und/oder wobei die Steuereinheit (324) in dem zweiten steuerbaren Trennelement (105, 205) den gleichen Sicherheitslevel aufweist, wie die elektrischen Verbraucher (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in dem zweiten Versorgungsnetz (102, 202).Procedure according to Claim 9 , the control unit (324) in the first controllable isolating element (104, 204, 304) having the same security level as the electrical loads (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in the first supply network ( 101, 201) and / or wherein the control unit (324) in the second controllable separating element (105, 205) has the same security level as the electrical loads (180, 181, 182, 183, 280, 281, 282, 283) in the second supply network (102, 202).
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