DE102011011800B4 - Method for power supply for a vehicle and corresponding device and vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug (10), wobei ein Spannungsnetz (1) des Fahrzeugs (10) durch mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) mit Spannung versorgt wird, wobei der mindestens eine erste Energiespeicher einen Hochvolt-Energiespeicher (4) und einen Niedervolt-Energiespeicher (3) umfasst, wobei der Hochvolt-Energiespeicher (4) über mindestens einen Gleichspannungswandler (5; 15) zur Energieversorgung eines Niedervoltnetzes (1) mit dem Niedervoltnetz (1) gekoppelt ist, wobei eine durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) bewirkte Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) überwacht wird, wobei ein zweiter Energiespeicher (6) zur Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) nur dann hinzugeschaltet wird, wenn bei der Überwachung erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes (1) durch den mindestens einen ersten Energiespeicher (3, 4) gestört ist, wobei dies dann der Fall ist, wenn der Hochvoltenergiespeicher (4) oder der Gleichspannungswandler (5; 15) einen Defekt aufweist, und wobei das Spannungsnetz das Niedervoltnetz (1) ist.Method for power supply for a vehicle (10), wherein a voltage network (1) of the vehicle (10) by at least one first energy storage (3, 4) is supplied with voltage, wherein the at least one first energy storage a high-voltage energy storage (4) and a low-voltage energy store (3), the high-voltage energy store (4) being coupled to the low-voltage network (1) via at least one DC-DC converter (5; 15) for supplying energy to a low-voltage network (1), one passing through the at least one first energy store (3, 4) effected power supply of the voltage network (1) is monitored, wherein a second energy storage (6) for supplying power to the voltage network (1) is only connected when detected in the monitoring that the power supply of the voltage network (1) the at least one first energy store (3, 4) is disturbed, this being the case when the high-voltage energy store (4) or the Gleichspsp age converter (5; 15) has a defect, and wherein the voltage network is the low-voltage network (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um in einem Fahrzeug insbesondere in einem Notfall die Spannungsversorgung aufrecht zu erhalten sowie eine entsprechend ausgestaltete Vorrichtung und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.The present invention relates to a method for maintaining the power supply in a vehicle, in particular in an emergency, as well as a correspondingly configured device and a correspondingly configured vehicle.
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Das Bordnetz für Fahrzeuge nach dem Stand der Technik, bei welchen ein Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird, ist typischerweise in ein Hochvoltnetz (z. B. Spannungsbereich 100 bis 800 V) und in ein Niedervoltnetz (z. B. Spannungsbereich 9–15 V, bei LKWs bis 24 V) unterteilt. Wie in
Um auch im Fehlerfall, wenn die Spannungsversorgung mit Hilfe des Hochvoltnetzes nicht mehr gegeben ist, noch sicherheitskritische Funktionen wie die elektromechanische Lenkung oder die Bremskraftunterstützung
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Konzept zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugs mit Hochvoltnetz bereitzustellen, so dass der Niedervolt-Energiespeicher kleiner und leichter ausgelegt werden kann, ohne dass es dabei zu Einschränkungen bei den sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeugs im Fehlerfall kommt.The present invention has as its object to provide a concept for supplying power to a vehicle with high-voltage network, so that the low-voltage energy storage can be made smaller and lighter, without causing any restrictions in the safety-related functions of the vehicle in case of failure.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Spannungsversorgung nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 4 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention this object is achieved by a method for power supply according to
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Spannungsversorgung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird das Spannungsnetz des Fahrzeugs durch mehrere erste Energiespeicher mit Spannung versorgt. Eine Energieversorgung des Spannungsnetzes mittels der ersten Energiespeicher wird überwacht. Ein zweiter Energiespeicher wird zur Energieversorgung des Spannungsnetzes nur dann hinzugeschaltet, wenn bei dieser Überwachung erkannt wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes über die ersten Energiespeicher gestört ist.In the context of the present invention, a method for supplying power to a vehicle is provided. The voltage network of the vehicle is supplied by several first energy storage with voltage. An energy supply of the voltage network by means of the first energy storage is monitored. A second energy storage is only connected to the power supply of the voltage network when it is detected in this monitoring that the power supply of the power network is disturbed by the first energy storage.
Da es sich bei dem Spannungsnetz um das Niedervoltnetz eines Fahrzeugs handelt und da die ersten Energiespeicher sowohl einen Hochvolt-Energiespeicher als auch einen Niedervolt-Energiespeicher umfassen, kann der Niedervolt-Energiespeicher für den Normalbetrieb ein sehr viel kleinerer Energiespeicher mit einem sehr viel kleineren Energiegehalt sein, als dies heutzutage nach dem Stand der Technik der Fall ist. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der Niedervolt-Energiespeicher nur den Spitzenstrom abdecken muss, da er sich um den Fehlerfall, dass das Spannungsnetz bzw. Niedervoltnetz nicht mehr mit Spannung versorgt wird, nicht zu kümmern braucht. Entweder wird das Niedervoltnetz (und damit auch der Niedervolt-Energiespeicher) durch den Hochvolt-Energiespeicher über einen Gleichspannungswandler mit Spannung versorgt oder, wenn diese Energieversorgung mittels des Hochvolt-Energiespeichers gestört ist, dann wird das Niedervoltnetz von dem zweiten Energiespeicher mit Spannung versorgt. Auch der zweite Energiespeicher kann, da er nur im Notfall eingesetzt wird, sehr klein und preiswert ausgelegt werden, da er beispielsweise nicht wiederaufladbar sein muss oder zumindest nicht für so viele Ladezyklen wie der normalerweise eingesetzte Niedervolt-Energiespeicher ausgelegt sein muss.Since the voltage network is the low-voltage network of a vehicle, and since the first energy stores comprise both a high-voltage energy store and a low-voltage energy store, the low-voltage energy store for normal operation can be a much smaller energy store with a much smaller energy content , as is the case today in the state of the art. This is due to the fact that the low-voltage energy storage only needs to cover the peak current, since it does not need to worry about the fault that the voltage or low-voltage network is no longer supplied with power. Either the low-voltage network (and thus also the low-voltage energy storage) is powered by the high-voltage energy storage via a DC-DC converter or if this energy supply is disturbed by the high-voltage energy storage, then the low-voltage network is powered by the second energy storage. Also, the second energy storage, since it is used only in an emergency, are designed to be very small and inexpensive, since he does not need to be rechargeable, for example, or at least not designed for as many charging cycles as the normally used low-voltage energy storage.
Die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch den mindestens einen ersten Energiespeicher gilt dann als gestört, wenn die Energieversorgung des Niedervoltnetzes durch den Hochvolt-Energiespeicher gestört ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Hochvolt-Energiespeicher oder der Gleichspannungswandler einen Defekt aufweist.The power supply of the voltage network through the at least one first energy storage is then considered disturbed when the power supply of the low-voltage network is disturbed by the high-voltage energy storage. This is the case when the high-voltage energy storage or the DC-DC converter has a defect.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil (besser alle) von dem Spannungsnetz versorgten Verbraucher, welche keine sicherheitsrelevanten Funktionen des Fahrzeugs ausüben, deaktiviert werden, wenn erfasst wird, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes mittels des mindestens einen ersten Energiespeichers gestört ist. Diese Deaktivierung betrifft insbesondere die vom Niedervoltnetz versorgten Verbraucher und dient der Reduzierung des notwendigen elektrischen Energieverbrauchs. Je geringer dieser notwendige elektrische Energieverbrauch ist, desto geringer kann die von dem zweiten Energiespeicher zu speichernde elektrische Ladung sein.According to the invention, it is also possible for at least a part (better all) of consumers supplied by the voltage network, which do not exercise safety-relevant functions of the vehicle, to be deactivated when it is detected that the power supply of the voltage network is disturbed by means of the at least one first energy store. This deactivation concerns in particular the of Low-voltage network supplied consumers and serves to reduce the necessary electrical energy consumption. The smaller this necessary electrical energy consumption, the lower the electric charge to be stored by the second energy store can be.
Ein Verbraucher sollte auch im Notfall, wenn eine Störung der Energieversorgung durch die ersten Energiespeicher (insbesondere Hochvolt-Energiespeicher) erfasst wird, weiterhin mit Spannung versorgt werden, wenn er eine sicherheitsrelevante Funktion für das Fahrzeug ausübt. Folgende Funktionen werden insbesondere als sicherheitsrelevant eingestuft:
- • Eine Unterstützung einer elektromechanischen Lenkung des Fahrzeugs.
- • Eine Unterstützung eines Bremskraftverstärkers des Fahrzeugs.
- • Eine Beleuchtungsfunktion (insbesondere eine Warnblinkerfunktion) des Fahrzeugs.
- • A support of an electromechanical steering of the vehicle.
- • A support of a brake booster of the vehicle.
- • A lighting function (in particular a hazard warning function) of the vehicle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung mehrere erste Energiespeicher, um ein Spannungsnetz des Fahrzeugs mit Spannung zu versorgen. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Steuerung und einen zweiten Energiespeicher, welcher zur Energieversorgung des Spannungsnetzes hinzugeschaltet werden kann. Die Steuerung ist derart ausgestaltet, dass sie die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher überwacht. Nur wenn die Steuerung bei dieser Überwachung erfasst, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher gestört ist, schaltet die Steuerung den zweiten Energiespeicher zur Energieversorgung des Spannungsnetzes hinzu.In the context of the present invention, a device for supplying power to a vehicle is also provided. In this case, the device comprises a plurality of first energy stores in order to supply a voltage network of the vehicle with voltage. In addition, the device comprises a controller and a second energy store, which can be connected to the power supply of the voltage network. The controller is configured such that it monitors the power supply of the voltage network through the first energy storage. Only when the controller detects in this monitoring that the power supply of the voltage network is disturbed by the first energy storage, the controller switches the second energy storage to the power supply of the voltage network added.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the device according to the invention essentially correspond to the advantages of the method according to the invention, which are carried out in advance in detail, so that a repetition is dispensed with here.
Die Vorrichtung kann auch einen Gleichspannungswandler umfassen, mittels welchem der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden werden kann.The device may also include a DC-DC converter, by means of which the second energy store can be connected to the voltage network.
Indem der zweite Energiespeicher über einen Gleichspannungswandler mit dem Spannungsnetz in Verbindung steht, können vorteilhafterweise auch Energiespeicher-Typen, wie beispielsweise Doppelschichtkondensatoren (DLCs (”Double Layer Capacitor”)), als zweiter Energiespeicher oder Notfall-Energiespeicher eingesetzt werden.By the second energy storage is connected via a DC-DC converter with the voltage network, advantageously also energy storage types, such as double-layer capacitors (DLCs ("Double Layer Capacitor")), as a second energy storage or emergency energy storage can be used.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Vorrichtung ein Dämpfungselement umfasst, mittels welchem der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden wird. Dieses Dämpfungselement ist zur Dämpfung von Spannungsspitzen und Stromspitzen des Spannungsnetzes ausgestaltet.Moreover, it is possible according to the invention that the device comprises a damping element, by means of which the second energy store is connected to the voltage network. This damping element is designed for damping voltage peaks and current peaks of the voltage network.
Indem der zweite Energiespeicher vorteilhafterweise über das Dämpfungselement mit dem Spannungsnetz in Verbindung steht, muss der zweite Energiespeicher nur zur Bewältigung von geringen Strom- und/oder Spannungsspitzen ausgelegt sein, da höhere Strom- und/oder Spannungsspitzen von dem Dämpfungselement entsprechend gedämpft werden. Solche Strom- und/oder Spannungsspitzen treten beispielsweise auf, wenn Verbraucher, welche von dem Spannungsnetz versorgt werden, eingeschaltet oder ausgeschaltet werden.Since the second energy store is advantageously connected to the voltage network via the damping element, the second energy store only has to be designed to cope with low current and / or voltage peaks, since higher current and / or voltage peaks are correspondingly damped by the damping element. Such current and / or voltage peaks occur, for example, when consumers, which are supplied by the power supply, are turned on or off.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Schalter, über welchen der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden oder von diesem getrennt werden kann. Nur wenn die Steuerung erfasst, dass die Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher gestört ist, schaltet die Steuerung den Schalter derart, dass der zweite Energiespeicher mit dem Spannungsnetz verbunden ist. Dagegen wird der zweite Energiespeicher im Normalbetrieb (d. h. die ersten Energiespeicher versorgen das Spannungsnetz mit Energie) durch den Schalter im Regelfall vom Spannungsnetz getrennt.In a preferred embodiment of the invention, the device comprises a switch via which the second energy store can be connected to the voltage network or separated from it. Only when the controller detects that the power supply of the voltage network is disturbed by the first energy storage, the controller switches the switch such that the second energy storage is connected to the power grid. In contrast, during normal operation (ie the first energy stores supply the voltage network with energy), the second energy store is normally disconnected from the voltage supply by the switch.
Dadurch ist der zweite Energiespeicher vorteilhafterweise nur im Fehlerfall (d. h. bei einer Störung der Energieversorgung des Spannungsnetzes durch die ersten Energiespeicher) mit dem Spannungsnetz verbunden. Wenn ein solcher Fehlerfall nur selten auftritt, kann als zweiter Energiespeicher auch ein preiswerter Einmal-Energiespeicher (z. B. ein nicht aufladbarer Energiespeicher) eingesetzt werden.As a result, the second energy store is advantageously connected to the voltage network only in the event of a fault (that is, in the event of a fault in the power supply of the voltage network through the first energy store). If such an error occurs only rarely, can be used as a second energy storage and a low-cost disposable energy storage (eg, a non-rechargeable energy storage).
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.Finally, in the context of the present invention, a vehicle is provided, which comprises a device according to the invention.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge geeignet, welche zum Antrieb einen Elektromotor umfassen, also beispielsweise für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeug. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell auch bei Fahrzeugen ohne Elektromotor zum Antrieb oder auch bei Schiffen, Flugzeugen und gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist auch der Einsatz der vorliegenden Erfindung außerhalb eines Fortbewegungsmittels, beispielsweise im Haushalt zur Spannungsversorgung wichtiger Komponenten, denkbar.The present invention is particularly suitable for vehicles which comprise an electric motor for driving, that is, for example, for electric vehicles or hybrid vehicles. Of course, the present invention is not limited to this preferred field of application, since the present invention can be used in principle for vehicles without electric motor for propulsion or even in ships, aircraft and track-bound or track-guided vehicles. In addition, the use of the present is also Invention outside a means of locomotion, for example in the household to power important components, conceivable.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail by means of embodiments according to the invention with reference to the figures.
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Wie bereits vorab mit Bezug zu
Allerdings sollte auch in diesem Fall die Energieversorgung des Niedervoltnetzes
Für die Auslegung eines oder mehrerer Energiespeicher für das Niedervoltnetz
Zur Erfüllung des ersten Kriteriums (im Normalbetrieb abzudeckender Spitzenstrom) wird nur ein Energiespeicher mit geringem Energiegehalt benötigt, welcher vor allem in der Lage ist, kurzzeitige hohe Spitzenströme auszugleichen. Das zweite Kriterium (Deckung des Energiebedarfs zur Überführung in den sicheren Fahrzeugzustand) erfordert jedoch einen Energiespeicher mit einem höheren Energiegehalt. Da der Niedervolt-Energiespeicher nach dem Stand der Technik beide Kriterien erfüllt, weist er nachteiligerweise ein hohes Gewicht sowie einen hohen Platzbedarf auf und ist sowohl in der Herstellung als auch hinsichtlich seiner Wartungskosten teuer.In order to meet the first criterion (peak current to be covered in normal operation), only an energy store with a low energy content is required, which, above all, is able to compensate for short-term high peak currents. However, the second criterion (meeting energy needs for safe-to-vehicle conversion) requires energy storage with a higher energy content. Since the low-voltage energy storage according to the prior art meets both criteria, it disadvantageously has a high weight and a high space requirement and is expensive both in terms of production and as regards its maintenance costs.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist nun, zwei Energiespeicher zur Energieversorgung des Niedervoltnetzes
In
Darüber hinaus steht die Steuerung
Da der Niedervolt-Energiespeicher
Des Weiteren ist es denkbar, die Steuerung
Der Energiegehalt des Notenergiespeichers
Es sei darauf hingewiesen, dass es erfindungsgemäß ebenfalls möglich ist, dass mehr als ein Notenergiespeicher vorhanden ist. Durch jeden weiteren Notenergiespeicher entsteht eine zusätzliche Redundanz, wodurch die Gesamtsystemausfallsicherheit weiter erhöht wird. Sind mehrere Notenergiespeicher vorhanden, so kann beispielsweise einer oder mehrere dieser Notenergiespeicher auch dann zugeschaltet werden, wenn im Normalbetrieb der Niedervolt-Energiespeicher
In
Durch den Einsatz eines Gleichspannungswandlers zur Ankopplung des Notenergiespeichers
In
Schließlich zeigt
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
- • Das Vorhandensein eines Notenergiespeichers reduziert das Gesamtgewicht, das Gesamtvolumen und die Gesamtkosten zur Spannungsversorgung eines Niedervoltnetzes in einem Fahrzeug.
- • Das Vorhandensein eines Notenergiespeichers erhöht die Gesamtsystemausfallsicherheit des Fahrzeugs.
- • Je nach Einsatzart des Notenergiespeichers (wird nur im Notfall zugeschaltet oder ist mittels eines Gleichspannungswandlers zugeschaltet) kann im Vergleich zum normalen Niedervolt-Energiespeicher ein sehr preisgünstiger Energiespeicher eingesetzt werden.
- • Je nach Art des eingesetzten Notenergiespeichers können auch die Wartungskosten entsprechend gesenkt werden.
- • The presence of a note energy memory reduces the total weight, the total volume and the total cost of supplying power to a low-voltage network in a vehicle.
- • The presence of a note energy storage increases the overall system reliability of the vehicle.
- • Depending on the nature of the note energy storage (is only switched on in an emergency or is switched by means of a DC-DC converter) can be used in comparison to the normal low-voltage energy storage a very low-cost energy storage.
- • Depending on the type of used energy memory and the maintenance costs can be reduced accordingly.
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