DE10100888A1 - Steuergerät für ein Bordnetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Bordnetz, welches wenigstens zwei von einem Generator aufladbare Batterien aufweist, die zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrauchers dienen. Das Steuergerät ist mit einer Steuer- und Regeleinheit und einem mit diesem verbundenen Gleichspannungswandler versehen. Dieser dient zur wahlweisen Generierung einer von mehreren Gleichspannungen. Die jeweils generierte Gleichspannung wird zur Ladung der zweiten Batterie an einem Ausgangsanschluss des Steuergerätes zur Verfügung gestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Bordnetz mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.

Stand der Technik

Aus der EP 0 766 780 B1 ist ein Verfahren zum Steuern der elektrischen Beheizung eines Katalysators bekannt. Bei diesem Verfahren kommen zwei Batterien zur Anwendung, die mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Eine dieser Batterien ist mittels eines elektrischen Steuerge­ rätes temperatur- und/oder ladezustandsabhängig über ei­ nen Leistungsschalter mit der Katalysatorheizung verbind­ bar und mittels eines Trennschalters elektrisch von der zweiten Batterie- und dem Bordnetz trennbar. Bei erfülltem Kriterium "Heizung ein" wird die Bordnetzspannung und darauffolgend bei geöffnetem Trennschalter die Heizbatte­ riespannung erfasst und bei unterhalb vorgegebener Schwellwerte liegenden Spannungswerten die Heizung auf "aus" gesetzt und ein Fehlersignal generiert. Weiterhin wird bei diesem bekannten Verfahren die Heizbatterie im Fahrbetrieb nach einem Schließen des Trennschalters mit einem geregelten, aus dem Bordnetz abgeleiteten Ladestrom geladen, wobei dieser Ladestrom abhängig von der Spannung oder der Temperatur der Heizbatterie nach einem Ladekenn­ feld optimiert wird. Dabei kann der zwischen beiden Bat­ terien vorgesehene Trennschalter zur Steuerung des Ladestroms als veränderlicher Widerstand ausgebildet sein. Da im bekannten Fall im Fahrbetrieb beide Batterien parallel geschaltet sind, werden sie bei hoher Bordnetzbelastung gleich entladen. Für den Katalysator-Heizbetrieb steht dann nicht die volle Batteriekapazität zur Verfügung. Dies kann insbesondere bei tiefen Temperaturen dazu füh­ ren, dass die erforderliche Heizleistung nicht zur Verfü­ gung steht. Weiterhin ist bei ungünstigem Fahrbetrieb oder bei einer häufigen Betätigung der Katalysator-Hei­ zung der Ladeverlust der Heizbatterie unter Verwendung des üblichen Bordnetzspannungs-Niveaus nur unzureichend zu ersetzen.

Aus der WO 98/19890 ist ein Bordnetzsteuergerät bekannt, welches ein Versorgungsnetzteil, eine kurzschlusssichere Endstufe, eine Steuer- und Regeleinheit und einen Gleich­ spannungswandler aufweist. Dieses Bordnetzsteuergerät ist zwischen die Bordnetzbatterie und die Starterbatterie ei­ nes Kraftfahrzeugs geschaltet. Dabei kann die Starterbat­ terie bedarfsgerecht über den Gleichspannungswandler von der Bordnetzseite her derart versorgt werden, dass tempe­ raturangepasst sowohl ein höheres als auch ein niedrige­ res oder dasselbe Ladungsspannungsniveau im Vergleich zur Bordnetzspannung generiert werden kann. Bei diesem be­ kannten Bordnetzsteuergerät werden, über die dort vorgese­ henen Schalter 14a und 14b im Falle einer leeren Bord­ netzbatterie beide Batterien parallelgeschaltet. Dies kann dazu führen, dass die Starterbatterie sehr weit ent­ laden wird, so dass bei kurz aufeinanderfolgenden Start­ vorgängen die erforderliche Batterieleistung nicht stets sichergestellt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es in der Lage ist. Zu­ satzbatterien unterschiedlicher Kapazität, beispielsweise 12 V-Batterien oder 36 V-Batterien oder auch Super-Caps mit einer optimalen Ladespannung zu versorgen. Dies bedeutet im Betrieb des jeweiligen Fahrzeugs, in welches das Steu­ ergerät eingebaut ist, einen schnellen Ersatz eines even­ tuellen Ladeverlustes der Zusatzbatterie. Die Ladespan­ nung wird dabei so gesteuert, wie es im Hinblick auf die Kapazität und die Art der Zusatzbatterie optimal ist. Die Optimierung der Ladespannung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass jedem möglichen Batterietyp eine eigene, auf den Batterietyp optimierte Ladecharakteristik zuge­ ordnet ist. Diese wird vorzugsweise im Rahmen einer Band­ endeprogrammierung, also am Ende des Steuergeräte- oder Fahrzeug-Fertigungsvorganges im Werk, in einen Speicher des Steuergerätes übertragen und im Betrieb von dort ab­ gerufen. Alternativ dazu können auch Ladecharakteristiken für mehrere bzw. alle zugelassenen Typen von Zusatzbatte­ rien im Speicher des Steuergerätes abgespeichert werden. Die Auswahl der jeweils gewünschten Ladecharakteristik erfolgt dann vorzugsweise durch die Eingabe eines Typen­ kennsignals, beispielsweise im Rahmen einer Bandendepro­ grammierung.

Vorzugsweise sorgt das Steuergerät gemäß der Erfindung dafür, dass die Zusatzbatterie im Betrieb lediglich zum Zwecke der Ladung der Zusatzbatterie mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden wird und ansonsten vom Bordnetz ge­ trennt bleibt. Dies hat den Vorteil, dass während des Be­ triebes bei einem Abfall der Bordnetzspannung sicherge­ stellt ist, dass die Zusatzbatterie nicht entladen wird.

Durch die Verbindung des Steuergerätes über die E/A- Schnittstelle mit dem Fahrzeugbus kann beispielsweise er­ reicht werden, dass in dem Falle, dass die Zusatzbatterie die Heizbatterie für den Katalysator des Fahrzeugs ist, die Heizung nach einer Anforderung vom Motorsteuergerät aus initialisiert werden kann.

Weiterhin erfolgt in vorteilhafter Weise der Ladevorgang der Zusatzbatterie in Abhängigkeit von Sensorsignalen, die beispielsweise im Rahmen einer Überwachung des. Batte­ rieladezustands, der Heizungstemperatur oder des Hei­ zungstemperaturverlaufes gewonnen werden. Dieses Vorgehen erlaubt auch eine Eigendiagnose des Bordnetzzustandes des Fahrzeugs und eine Ausgabe von Fehlermeldungen über den Fahrzeugbus.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert.

Beschreibung

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfin­ dung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Steuergerät S zwischen zwei Batterien B1 und B2 vorgese­ hen. Bei der Batterie B1 handelt es sich um die Bordnetz­ batterie eines Fahrzeugs. Parallel zur Batterie B1 sind ein Generator G und ein oder mehrere Verbraucher V1 vor­ gesehen. Während des Fahrbetriebes des Fahrzeugs wird die Batterie B1 durch den Generator G geladen. Der masseferne Anschluss der Batterie B1 ist mit dem massefernen An­ schluss des Generators G und mit einem Eingangsanschluss E1 des Steuergerätes S verbunden.

Die Batterie B2 ist an den Ausgangsanschluss A des Steu­ ergerätes S angeschlossen. Bei dieser Batterie B2 handelt es sich um die Heizbatterie für den Katalsysator des Fahrzeugs. Dieser ist in der Zeichnung als Verbraucher V2 dargestellt und über den Schalter SW mit der Batterie B2 verbunden.

Weiterhin ist das Steuergerät S mit Eingängen E2, E3 und E4 sowie mit einer bidirektionalen Schnittstelle E/A aus­ gestattet. Über den Eingangsanschluss E2 ist dem Steuer­ gerät S ein Batteriekennsignal zuführbar. Dieses enthält eine Information darüber, welche Ausgangsspannung das Steuergerät S an seinem Ausgangsanschluss A zur Ladung der Batterie B2 bereitstellen soll. Zusätzlich kann - wie unten noch erläutert wird - dem Steuergerät S über den Eingang E2 eine vom Typ der Batterie B2 und damit auch von der Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss A abhängige Ladecharakteristik in Form einer zugehörigen Software bzw. Ladekennlinie zugeführt werden.

Über die Schnittstelle E/A steht das Steuergerät S über einen Fahrzeugbus, beispielsweise einen CAN-Bus, in bidi­ rektionaler Verbindung mit dem Motorsteuergerät des Fahr­ zeugs. Beispielsweise kann über diese Schnittstelle eine vom Motorsteuergerät in die Wege geleitete Initialisie­ rung der Katalysatorheizung erfolgen.

Dem Eingangsanschluss E3 des Steuergerätes S werden Sig­ nale INF zugeführt, bei denen es sich um Signale handelt, die von im Fahrzeug angebrachten Sensoren abgeleitet sind. Bei diesen Sensoren handelt es sich beispielsweise um einen Temperatursensor, mittels dessen die Motortempe­ ratur des Fahrzeugs erfasst wird, oder um einen Tempera­ tursensor, der zur Erfassung der Außentemperatur vorgese­ hen ist.

Über den Eingangsanschluss E4 wird dem Steuergerät S von der Batterie B2 ein Batteriezustandssignal zugeführt. Bei diesem kann es sich um ein den momentanen Ladezustand der Batterie beschreibendes Signal und/oder um ein Batterie­ temperatursignal handeln. Weiterhin wird dem Steuergerät S über den Eingang E4 auch ein Verbraucherzustandssignal zugeführt, beispielsweise eine Information über die mo­ mentane Katalysatortemperatur.

Das Steuergerät S ist mit einer Steuer- und Regeleinheit 3, einem Gleichspannungswandler 1 und einem Schalter 2 ausgestattet.

Der Eingang des Gleichspanhungswandlers 1 ist mit dem Eingangsanschluss E1 des Steuergerätes S und damit mit der Bordnetzseite, insbesondere dem Generator G, verbun­ den. Die Aufgabe des unidirektional arbeitenden Gleich­ spannungswandlers 1 besteht darin, je nach Bedarf an sei­ nem Ausgang eine gewünschte Gleichspannung von beispiels­ weise 14 V oder 42 V zur Verfügung zu stellen. Diese Gleichspannung dient dazu, während des Fahrbetriebes über den Schalter 2 und den Ausgangsanschluss A des Steuerge­ rätes die Batterie B2 zu laden. Welche der beiden vorge­ nannten Gleichspannungen zur Ladung der Batterie B2 am Ausgang des Gleichspannungswandlers 1 bereitgestellt wird, ist durch das Batteriekennsignal vorgegeben, wel­ ches der Steuer- und Regeleinheit 3 über den Eingang E2 zugeführt wird. Diese Zuführung des Batteriekennsignals erfolgt vorzugsweise im Sinne einer Bandendeprogrammie­ rung, d. h. am Ende des Fertigungsvorganges des Fahr­ zeugs. Das Batteriekennsignal wird in einem Speicher 3a der Steuer- und Regeleinheit 3 nichtflüchtig abgespei­ chert und steht nach seiner Abspeicherung für den Fahr­ zeugbetrieb zur Verfügung.

Zusätzlich zum Batteriekennsignal wird vorzugsweise im Rahmen der Bandendeprogrammierung eine dem jeweiligen Batterietyp zugehörige Ladecharakteristik in Form von Software bzw. einer Ladekennlinie über den Eingangsan­ schluss E2 oder die E/A-Schnittstelle in den Speicher 3a geleitet und dort ebenfalls nichtflüchtig abgespeichert. Diese Ladecharakteristik enthält beispielsweise Informa­ tionen darüber, wie schnell der Ladevorgang der Batterie B2 erfolgen kann, wie hoch die Ladespannung maximal sein darf, welchen Ladezustand die Batterie in Abhängigkeit von der Ladezeit haben muss, usw.. Letzteres erlaubt un­ ter anderem eine Diagnose der Batterie während des Aufla­ devorganges, wobei die durch die Ladecharakteristik vor­ gegebenen Sollwerte mit von der Batterie abgeleiteten Istwerten verglichen werden, die der Steuer- und Regeleinheit 3 über den Eingang E4 des Steuergerätes S zuge­ führt werden.

Alternativ dazu ist es auch möglich, im Speicher 3a alle zugelassenen Ladecharakteristiken nichtflüchtig abzuspei­ chern und während des Betriebes aus den abgespeicherten Ladecharakteristiken die jeweils gewünschte Ladecharakte­ ristik in Abhängigkeit vom Batteriekennsignal zu selek­ tieren.

Die Steuer-, und Regeleinheit 3 steuert unter Berücksich­ tigung des Batteriekennsignals, der jeweiligen Ladecha­ rakteristik, der über den Eingang E3 zugeführten Sensor­ signale und der über den Eingang E4 zugeführten Batterie- und Verbraucherzustandssignale den Gleichspannungswandler 1 derart an, dass dieser an seinem Ausgang die jeweils gewünschte Ladespannung für die Batterie B2 in optimier­ ter Weise zur Verfügung stellt. Dadurch wird sicherge­ stellt, dass einerseits der Ladevorgang der Batterie in möglichst kurzer Zeit erfolgt und andererseits kein Über­ laden und damit keine Beschädigung der Batterie auftreten kann.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Gleichspan­ nungswandler 1, der unidirektional arbeitet, zwei Lade­ spannungsausgänge auf. An einem dieser Ausgänge wird bei Bedarf eine Ladespannung von 14 V, am anderen Ausgang bei Bedarf eine Ladespannung von 42 V zur Verfügung gestellt. Weiterhin steuert die Steuer- und Regeleinheit 3 den Schalter 2 in Abhängigkeit vom Batteriekennsignal derart, dass er für die jeweils ausgewählte Ladespannung durch­ lässig ist.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, den Gleichspannungswandler 1 mit nur einem Lade­ spannungsausgang auszustatten, an welchem dann die je­ weils ausgewählte Ladespannung zur Verfügung gestellt wird.

Vorzugsweise werden zur Optimierung des Ladevorganges der Batterie B2 der Steuer- und Regeleinheit 3 aus dem Gleichspannungswandler 1 Messsignale zugeführt, welche Informationen über das auf der Primär- und Sekundärseite des Gleichspannungswandlers vorliegende Spannungsniveau enthalten.

Die Vorteile der Erfindung bestehen unter anderem darin, dass die Batterie B2 über einen entsprechend gesteuerten Gleichspannungswandler 1 mit einer an die Batterie B2 an­ gepassten Ladespannung einerseits schonend und anderer­ seits schnell nachgeladen werden kann. Da die Batterie B2 während des Fahrbetriebes lediglich zum Zwecke ihrer La­ dung mit dem Bordnetz verbunden und ansonsten vom Bord­ netz entkoppelt ist, ist sichergestellt, dass die Batte­ rie B2 von einer negativen Ladebilanz der Bordnetzbatte­ rie B1 nicht betroffen ist. Andererseits treten im Heiz­ betrieb des Katalysators auch keine Rückwirkungen auf das Bordnetz auf.

Da der Ladevorgang der Batterie B2 schneller als beim Stand der Technik erfolgt, wird weiterhin erreicht, dass die erforderliche Heizleistung für die Katalysatorbehei­ zung auch bei tiefen Außentemperaturen erbracht werden kann.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben, bei welchem die Batterie B2 als Heizbatterie für den Katalysator des Fahrzeugs dient. Al­ ternativ dazu kann die Batterie B2 auch zur Versorgung .von anderen Verbrauchern im Fahrzeug dienen, die auch bei einem Fahrzeugstillstand funktionsfähig sein müssen, beispielsweise Fahrzeugkommunikationsgerate.

Claims (18)

1. Steuergerät für ein Bordnetz, welches wenigstens zwei von einem Generator aufladbare Batterien aufweist, die zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrau­ chers dienen, wobei das Steuergerät eine Steuer- und Re­ geleinheit und einen mit diesem verbundenen Gleichspan­ nungswandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (1) zur wahlweisen Generierung ei­ ner von mehreren Gleichspannungen (14 V, 42 V) vorgesehen ist und dass das Steuergerät (S) einen Ausgangsanschluss (A) aufweist, welcher zur Ausgabe der jeweils ausgewähl­ ten Gleichspannung dient.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (1) unidirektional arbei­ tet.

3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen dem Gleichspannungswandler (1) und dem Ausgangsanschluss (A) ein von der Steuer- und Re­ geleinheit (3) gesteuerter Umschalter (2) vorgesehen ist, dass der Gleichspannungswandler (1) jeweils einen Ausgang für jede der Gleichspannungen (14 V, 42) aufweist, dass diese Ausgänge des Gleichspannungswandlers jeweils mit einem Eingang des Schalters (2) verbunden sind und dass der Ausgang des Schalters (2) mit dem Ausgangsanschluss (A) des Steuergerätes verbunden ist.

4. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine bidirektionale Schnittstelle (E/A) aufweist, über welche das Steuergerät (S) mit einem Fahrzeugbus (CAN) verbindbar ist.

5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Eingangsan­ schluss (E1) aufweist, über welchen das Steuergerät (S) mit einem Generator (G) des Fahrzeugs verbindbar ist.

6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Eingangsanschluss (E2, CAN) aufweist, über welchen dem Steuergerät (S) In­ formationen über die am Ausgangsanschluss (A) gewünschte Gleichspannung zugeführt wird.

7. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die am Ausgangsanschluss (A) gewünschte Gleichspannung eine Information über den Gleichspannungswert aufweisen.

8. Steuergerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Informationen über die am Ausgangsan­ schluss (A) gewünschte Gleichspannung eine Ladecharakte­ ristik aufweisen.

9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die am Ausgangsanschluss (A) gewünschte Gleichspannung dem Steuergerät (S) im Rahmen einer Bandendeprogrammierung am Ende des Fertigungspro­ zesses zugeführt werden.

10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss ein zweiter Eingangsanschluss (E2) des Steuergerätes (S) ist oder die bidirektionale Schnittstelle (E/A) des Steuergerätes.

11. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen dritten Eingangsan­ schluss (E3) aufweist, über welchen dem Steuergerät(S) Sensorsignale zuführbar sind.

12. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen vierten Eingangsan­ schluss (E4) aufweist, über welchen dem Steuergerät (S) Batteriezustandssignale und/oder Verbraucherzustandssig­ nale zuführbar sind.

13. Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (S) einen Speicher (3a) zur Abspeicherung der Informationen über die am Ausgangsanschluss (A) gewünschte Gleichspannung aufweist.

14. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (S) einen Speicher (3a) zur Abspei­ cherung verschiedener Ladecharakteristiken aufweist, von denen jede einer am Ausgangsanschluss (A) erzeugbaren Gleichspannung zugehörig ist, und dass die Auswahl der der gewünschten Gleichspannung zugehörigen Ladecharakte­ ristik mittels der dem Steuergerät (S) zugeführten Infor­ mationen über die am Ausgangsanschluss (A) gewünschte Gleichspannung durchgeführt wird.

15. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen die beiden Bat­ terien (B1, B2) geschaltet ist, wobei die erste Batterie (B1) eine parallel zum Generator (G) des Fahrzeugs ge­ schaltete Bordnetzbatterie ist, welche mit dem ersten Eingangsanschluss (E1) des Steuergerätes verbunden ist, und wobei die zweite Batterie (B) eine mit dem Ausgangs­ anschluss (A) des Steuergerätes (S) verbundene Zusatzbat­ terie (B2) ist.

16. Steuergerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbatterie (B2) eine Heizbatterie für den Katalysator des Fahrzeugs ist.

17. Steuergerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit (3) den Lade­ vorgang der Zusatzbatterie durch eine Ansteuerung des Gleichspannungswandlers (1) in Abhängigkeit von der der gewünschten Gleichspannung zugehörigen Ladecharakteris­ tik, der über den Fahrzeugbus (CAN) zugeführten Eingangs­ signale, der Sensorsignale, der Batteriezustandssignale und/oder der Verbraucherzustandssignale im Sinne einer zustandsabhängigen, schonenden Aufladung der Zusatzbatte­ rie durchführt.

18. Steuergerät nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es die bordnetzseitig angeordnete erste Batterie (B1) mit der am Ausgangsanschluss (A) des Steu­ ergerätes (S) angeschlossenen zweiten Batterie aus­ schließlich zum Zwecke der Ladung der zweiten Batterie (B2) über eine erhöhte Spannung verbindet, wobei diese Batterie Ladepriorität hat.