电流分配装置和机动车的制作方法

根据第一方面，本发明涉及一种用于机动车的电流分配装置，其具有至少一个第一和第二电源联接部/电流源连接部、至少一个第一和第二安全供给联接部、用于电耦联所述联接部的耦联单元，以及为至少两个电源联接部中的每一个分别设有电源开关元件，电源开关元件构造成，根据开关状态将相应的电源联接部与耦联单元电耦联。此外，根据第二方面，本发明涉及一种用于机动车的电流分配装置，电流分配装置具有至少一个第一和第二电源联接部、至少一个第一和第二安全供给联接部、至少一个传统的供给联接部、用于电耦联所述联接部的耦联单元，为至少两个电源联接部中的一个设有电源开关元件，电源开关元件构造成，根据开关状态将相应的电源联接部与耦联单元电耦联，以及电流分配装置具有用于至少一个传统的供给联接部的供给开关元件，供给开关元件构造成，根据开关状态将传统的供给联接部与耦联单元电耦联。最终，本发明还涉及一种具有车载电网的机动车，其中，车载电网具有电流分配装置。

背景技术：

1、电流分配装置以及具有包括电流分配装置的车载电网的机动车在现有技术中是广泛已知的，从而对此不需要特别的公开文献证实。电流分配装置用于，在车载电网中，尤其是机动车的车载电网中分配电能。为了这个目的，在车载电网处联接电的能量源和/或作为电装置的电的能量阱。优选地，电的能量源和电的能量阱联接在至少一个电流分配装置处。电流分配装置尤其是用于分配电能，被基本上相同的电压加载的电装置联接在电流分配装置处。为了这个目的，电流分配装置可以具有耦联单元，例如，耦联单元自身可以具有至少一个汇流排等。此外也可以设置其他元件用于形成耦联单元，例如安全元件、开关元件和/或等。例如，通过德国专利文献de 102015002061 a1公开了汇流排。

2、目前常见的是，机动车配备有至少部分地在危险的行驶情况中辅助驾驶员的转向和/或制动系统。这种转向和/或制动系统常常使用电能，从而不再需要驾驶员的直接干预。但如果在这种转向和/或制动系统中或在这些系统中一个的能量供给中出现错误，设置机械的或液压的后备级，以由此能够仍然为驾驶员实现机动车的可转向和/或制动性。

3、尤其是在自动化的行驶，特别高自动化的行驶(haf)方面，越来越高的行驶自动化能够实现，为将来的机动车的内部空间提供新式的方案，在其中，机动车的乘员，尤其是同样驾驶员可以占据不同的位置。即，例如可以规定，能够实现座椅的睡眠位置或转动。但这也需要在例如转向和/或制动系统方面的新方案，因为一方面，驾驶员可能不再能碰触到机械的或液压的控制器件，或例如应该也能够与驾驶员干预无关地进行自动化的、尤其是自主的机动车引导。于是，在这种类型的系统中，通常仅仅还存在例如在传感器(例如方向盘或制动踏板)和执行器(例如转向电机、制动电机等)之间的单纯电的或电子的连接。这也被称为x-by-wire(线控技术)。由此需要高可靠性的车辆系统，这些车辆系统需要用于常规运行的可靠的电能量供给，并且满足根据汽车安全完整性等级d(根据iso 26262的asil d)的最高安全标准以及相关的法规(例如用于线控转向的ece r 13、ece r 79)的要求。

4、因此，在现有技术中需要将特别的注意力放在系统，尤其是安全关键的系统的电的能量供给上。在现有技术中已知的是，为此设置分开的冗余的能量供给路径，例如从de10251 589 a1中已知，该文献公开了一种用于供给至少一个负载的车载电网，同时对车载电网的可用性要求更高。在此，两个电池通过dc/dc转换器相互耦联。但这已证实不仅在成本和消耗方面的耗费高，例如在结构空间、重量和/或等方面，而且例如在负载短路时联接的负载的反作用可能导致用于所有联接的负载的能量供给完全失效。对于期望的安全标准来说，这是不允许的。此外，de 102014208201 a1公开了一种用于供给至少一个负载的装置，de 10 2017 208 030 b4公开了一种用于提供用于安全负载的冗余的能量供给的用于机动车的车载电网以及一种机动车。

技术实现思路

1、本发明的目的是，尤其是在haf方面能以相对低的耗费在能量供给方面实现改进的冗余性。

2、作为解决方案，通过本发明提出根据独立权利要求所述的电流分配装置以及机动车。

3、通过从属权利要求的特征得到有利的改进方案。

4、根据第一方面，在这种类型的电流分配装置方面，通过本发明尤其是提出，电流分配装置具有用于至少两个安全供给联接部中的每一个的供给开关元件，供给开关元件构造成，根据开关状态使相应的安全供给联接部与耦联单元电耦联。

5、在根据第二方面的电流分配装置方面，通过本发明尤其是提出，至少两个安全供给联接部中的相应一个直接与电源联接部中的刚好相应一个电连接。

6、在此类的机动车方面，通过本发明尤其是提出，车载电网具有根据本发明的电流分配装置。

7、此外，本发明基于的想法是，单个的电装置或负载或整个能量供给电网也可以由至少两个冗余地设置的能量源供给电能，其中，借助于电流分配装置，可以尽可能地避免在出现故障时，在电装置或能量源之间的、在安全供给联接部之间的以及在相应的电源联接部和相应的安全供给联接部之间的反作用。尤其是，在相应的供给路径故障时，可以实现利用来自能量源中的至少一个中的电能供给。

8、为了这个目的规定，借助于耦联单元可以实现联接部彼此的电耦联。通过使用开关元件和相应合适的切换，可以实现期望的功能性。因此可以规定，联接在相应的电源联接部处的两个能量源在电源开关元件的接通的状态中可以通过耦联单元并联，以用于保证电装置的能量供给。在此，可以借助于至少一个电源开关元件实现，即便能量源中的一个出现故障也不会作用到电装置的整个能量供给上。即，如果在电的能量源中的一个中出现故障，例如短路等，可以通过将相应的电源开关元件切换到断开的开关状态中，尽可能避免对能量供给电网的剩余部分的反作用。由此实现，改善对机动车的常规运行的安全性所需的尤其是电装置的可靠性和安全性。

9、优选地，耦联单元不具有电的能量转换器或电的能量变换器，例如电压转换器，尤其是dc/dc转换器或直流电压耦合器，逆变器和/或类似物。优选地，耦联单元构造成无转换器或无变换器。此外优选地，能够根据运行状态将电能输送给耦联单元的电装置的联接部联接在耦联单元的联接部处，耦联单元的联接部可独立地借助于直接配设给该联接部的耦联单元的开关元件切断或电分离。尤其是，用于每个传统的供给联接部的耦联单元具有相应的开关元件，相应的传统的供给联接部可通过该开关元件独立地断电。优选地，在传统的供给联接部处仅仅联接不满足根据汽车安全完整性等级d的最高安全标准的要求的电装置。例如，这种类型的电装置可以是电的发电机，电的起动机和/或类似物。优选地，传统的供给联接部仅仅用于联接不符合asil的电装置。优选地，在安全供给联接部处仅仅联接符合asil的电装置，尤其是根据汽车安全完整性等级d的电装置。

10、原则上，相同的也适用于安全关键的电装置可以联接在该处的安全供给联接部。优选地，在该联接部处，仅仅联接满足根据开头所述标准的特定的电的安全性前提的电装置。也就是说，例如，这种类型的电装置应该适合，尽可能地避免在例如联接在该安全供给联接部处的电装置中的故障反作用到安全供给联接部上。背景是，机械的安全元件例如保险熔丝由于其迟缓的切换性能在很多情况中都不适合于此。因此，作为安全元件，特别是使用例如也可以具有开关元件的电子安全元件。但是，当例如对于电装置中的相应的电装置来说可以在结构上防止可能在其能量供给的区域中出现例如短路时，也可以省去安全元件。例如，这可以通过用多个电容器的串联电路代替单个的电容器实现，电容器联接在供给电压的电势之间，从而在电容器中的短路不导致供给电压的短路。此外可以规定，在安全供给联接部中出现故障的情况下，可以激活安全元件。此外，出于安全性原因，当然可以规定其他重要的电的特性。

11、例如，如果在制动系统方面需要冗余性，可以规定，设置两个彼此独立的制动系统，其中，制动系统中的一个联接在第一安全供给联接部处，而制动系统中的第二个联接在第二安全供给联接部处。如果在两个安全供给联接部中的一个中出现影响联接在该安全供给联接部处的制动系统的故障，可以借助于根据本发明的电流分配装置如此进行相应的停用，即，制动系统中的另一可以正常地继续运行。为了这个目的，设置供给开关元件，通过供给开关元件实现，在相应的故障的情况中，停用相应的安全供给联接部，确切的说根据其开关状态停用相应的安全供给联接部。此外，存在这样的可能性，即，通过耦联装置并且通过电源开关元件的相应的开关位置，仅仅从两个能量源中的一个中实现两个制动系统的能量供给，由此，在两个能量源中的一个故障时也不会导致，妨碍制动系统的功能。这当然也适用于任意其他可以联接在安全供给联接部处的电装置。在此，补充地应考虑的是，电装置不必仅仅是电负载，而是补充地也可以设置另外的电的能量源，或者电装置可以根据相应的运行状态消耗电能或者提供电能。但优选地，对于安全供给联接部规定，在此仅仅联接电负载。

12、开关元件可以通过一个或多个半导体开关元件形成。此外，开关元件也可以具有至少一个电机械的开关元件，例如继电器、断路器和/或类似物。原则上，半导体开关元件也可以通过电机械的开关元件或每种任意其他合适的开关元件形成。

13、开关元件尤其是可以构造成半导体开关元件，例如通过晶体管，尤其是场效应晶体管，优选地金属氧化物半导体场效应管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)形成，但是也可以通过门极可关断晶闸管(gto)形成和/或类似物或任意其他类型的开关元件形成。优选地，开关元件以集成的方式布置在电流分配装置中。

14、为了通过电流分配装置提供期望的开关功能性，使半导体开关元件在切换运行中运行。在使用晶体管的半导体开关元件方面，切换运行意味着，在接通的开关状态中，在形成切换路径的晶体管的联接部之间，提供非常小的电阻，从而在非常小的剩余电压下实现高的电流。相反地，在断开的开关状态中，晶体管的切换路径欧姆值高，也就是说，切换路径提供高的电阻，从而在切换路径处出现高的电压时，也基本上不存在或仅仅存在非常小的，尤其是可忽略的电流。在晶体管中，线性运行与此不同。

15、优选地，开关元件联接在至少一个控制单元处，该控制单元为开关元件提供相应的控制信号，从而开关元件具有期望的开关状态。控制单元至少联接在开关元件处，尤其是电流分配装置的半导体开关元件处。优选地，控制单元至少部分地以集成的方式构造在电流分配装置中。此外，电流分配装置，尤其是控制单元可以具有通信接口，电流分配装置通过该通信接口与上级的控制装置，例如车辆控制装置通信连接。为了控制开关元件，控制单元至少部分地集成在电流分配装置中，因为例如在硬短路时应该非常快速地进行切换过程，例如快于约500μs，优选地快于约100μs。

16、例如，通信接口可以构造成有线的和/或也可以构造成无线的。无线地构造的通信连接例如可以基于无线电，尤其是近距离无线电。优选地，开关元件中的每一个具有自己的通信接口，开关元件借助于该通信接口与控制单元通信连接。尤其是，装置侧的通信接口可以联接在开关元件控制装置的相应的集成的部分处，开关元件控制装置自身至少联接在半导体开关元件处，以用于以可预设的方式在其开关状态方面控制半导体开关元件。由此，可以借助于控制单元控制相应的供给路径/供电路径的激活或停用。

17、控制单元自身可以设置成独立的结构单元。但优选地，控制单元是电流分配装置的组成部分并且特别优选地以集成的方式布置在电流分配装置中。

18、相应地，本发明实现，在不同类型的故障时能够实现车载电网的至少一种子运行/部分运行，从而可以刚好可靠地使安全关键的系统继续运行。由此，本发明也能够实现，可以根据开头给出的标准实现安全性要求。这通过以下方式辅助，即，根据本发明也设置至少两个安全供给联接部。与此无关地，当然也可以设置一个或多个传统的供给联接部，但其中，电流分配装置将注意力特别放在安全供给联接部中的可靠的功能性上。

19、本发明尤其是适合用于在低压中的应用。优选地，低压表示小于约60v的电压，尤其是小于根据标准ece r100的高压，等。优选地，车载电网是直流电压车载电网，该直流电压车载电网被直流电压加载，例如可以构造成用于约12v、24v、48v等的测定电压。但本发明不限制于此。

20、根据一种改进方案提出，电流分配装置具有至少一个传统的供给联接部和至少一个用于至少一个传统的供给联接部的供给开关元件，供给开关元件构造成，根据开关状态使传统的供给联接部与耦联单元电耦联。供给开关元件优选地由控制单元控制。以这种方式，通过电流分配装置也可以给对于安全的关键性低的电装置供给电能，例如座椅加热，车内照明，收音机和/或类似物。因此，通过电流分配装置不仅可以实现用于安全关键的电装置的冗余的能量供给，而且同时还可以实现其他非安全关键的电装置的能量供给，而不会妨碍用于安全关键的电装置的冗余的能量供给。

21、此外提出，至少一个传统的供给联接部可借助于第一供给开关元件与第一安全供给联接部电耦联以及可借助于第二供给开关元件与第二安全供给联接部电耦联。由此实现，根据需求使传统的供给联接部与至少两个安全供给联接部中的一个或者甚至两个耦联。尤其是，由此当在传统的供给联接部处联接另一能量源并且通过第一和/或第二电源联接部的能量供给至少部分地有故障时，可以实现用于至少两个安全供给联接部中的一个或两个的至少暂时的能量供给。由此，可以进一步提高可靠性。尤其是，根据供给开关元件的相应的开关状态，甚至可以实现在至少两个安全供给联接部之间的电连接。

22、此外提出，在至少一个传统的供给联接部处联接能量源。由此，可以实现附加的冗余，因为可以进一步改善用于安全供给联接部的能量供给。因此可以规定，在故障的情况中，对于安全供给联接部中的一个来说，可以将电能用于至少部分地与通过至少两个电源联接部中的至少一个的能量供给无关地保障联接在该处的电装置。可以在预设的时间段上保证这种能量供给。此外可以规定，提供足够的电能用于在一个或多个电装置有故障时可靠地触发相应的安全元件。例如，能量源可以是蓄电池但是也可以是燃料电池、光伏电池和/或类似物。尤其是，能量源可以具有铅酸蓄电池，该铅酸蓄电池例如可以构造成用于约12v或24v的测定电压，例如在机动车的车载电网中目前还常常使用这种铅酸蓄电池。

23、根据一种改进方案提出，具有至少一个二极管的旁路电路与开关元件中的至少一个并联。这考虑的是，开关元件在接通的开关状态中通常允许双向的电流。由此实现，实现附加的冗余功能。此外，这种改进方案也能够实现，为相应的开关元件实现功能测试。这实现了进一步改善电流分配装置的安全性和可靠性。旁路电路当然不限制在二极管的使用上。尤其是，旁路电路当然也可以包括其他电子构件，以能够特定地且符合需求地匹配其功能。因此，例如可以规定，电阻与二极管串联。由此，可以实现受限的电流，当在车载电网停用的状态中时，当机动车脱离常规的行驶运行停车时，利用这种受限的电流可以实现稳态电流供给/静态电流供给，或者可以辅助或能够实现安全元件的触发。但是，由二极管和电阻组成的串联电路也可以用于，在出现短路时限制电流。由此，不仅可以保护二极管不过载，而且可以限制在短路的部位中的能量输入。根据电流分配装置的功能性，旁路电路可以仅仅在开关元件中的一个中或者也在开关元件中的多个中或者甚至在所有开关元件中并联。代替二极管或者附加地，当然也可以设置以合适的方式在切换运行中运行的晶体管或类似的电子构件。当然，代替二极管或者附加地，旁路电路也可以具有自己的旁路开关元件。

24、此外提出，在耦联单元和至少两个安全供给联接部之间分别布置有旁路电路，其中，旁路电路构造成，仅仅允许向相应的安全供给联接部的电流。即，在此，旁路电路与相应的供给开关元件并联。特别有利地，这种旁路电路包括由二极管或晶体管和电阻组成的串联电路。如果使用晶体管，在此也可以设置晶体管的线性运行，由此晶体管自身能够提供电阻，从而例如可以省去作为独立的构件的电阻。由此，例如可以将多个能量源彼此电脱耦。此外，电阻的使用也能够实现，例如当在车载电网的部位处出现短路形式的故障等时，至少部分无反作用地使能量源脱耦。

25、此外提出，具有至少一个电阻和辅助开关元件的旁路电路与至少两个电源开关元件中的至少一个并联。由此可以实现，当相应的电源开关元件在断开的开关状态中时，也能够实现通过相应的能量源的部分的能量供给。这例如可以用于，当不然车载电网很大程度上不运行，例如脱离机动车的常规行驶运行时，实现稳态电流供给。

26、为了可以实现紧凑且可靠的结构单元，此外提出，电流分配装置具有壳体，联接部布置在壳体处。例如，通过壳体可以实现相对于外部负载，尤其是机械和/或环境负载的保护。同样可以实现，电流分配装置的元件可以可靠地保持在其位置中。尤其是参考耦联单元，这也可以为电流分配装置的电导线实现。

27、为第一方面的车载电网给出的优点和作用当然以相同的方式也适用于第二方面的电流分配装置，只要可用的话，并且反之亦然。此外，为第一和/或第二方面的电流分配装置给出的优点和作用也适用于配备有电流分配装置中的一个的机动车，并且反之亦然。

28、本发明也包括用于机动车的控制单元。控制单元可以具有数据处理装置或处理器装置，其设定成，执行控制根据本发明的电流分配装置的控制的实施方式。为此，处理器装置可以具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器和/或至少一个fpga(现场可编程门阵列)和/或至少一个dsp(数字信号处理器)。此外，处理器装置可以具有程序代码，程序代码设定成，在通过处理器装置执行时，该程序代码进行根据本发明的电流分配装置的控制。程序代码可以存储在处理器装置的数据存储器中。

29、根据本发明的机动车优选地设计为汽车、尤其是乘用汽车或商用汽车，或设计为大客车或摩托车。

30、本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。