DE10126401A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zentrales Steuergerät (7), eine Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustandes und eine Zeitmesseinrichtung, wobei bei Erfassung eines Bordnetzzustandes unterhalb eines definierten Grenzwertes über die Zeitmesseinrichtung der Zeitraum der Unterschreitung erfaßbar und an das zentrale Steuergerät (7) übermittelbar ist, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Zeitraumes mittels des zentralen Steuergerätes (7) einzelne elektrische Verbraucher abschaltbar sind, wobei über das zentrale Steuergerät (7) die Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher (1 bis 6) erfaßbar sind und der Zeitraum t¶D¶ bis zur Abschaltung elektrischer Verbraucher (1 bis 6) in Abhängigkeit von den erfaßten Einschaltzuständen veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes.

Kraftfahrzeuge enthalten eine Vielzahl elektrischer Verbraucher, die entweder für den Betrieb des Kraftfahrzeuges unerläßlich sind, oder die zeitweilig betrieben werden müssen, wie das beispielsweise bei der Beleuchtungseinrichtung der Fall ist. Auch enthalten Kraftfahrzeuge viele elektrische Verbraucher, die der Komfortverbesserung dienen, wie elektrische Sitzheizungen, Fensterheber, Klimaanlagen, Zentralverriegelung usw. Da alle diese Verbraucher ihre Energie nur aus dem Bordnetz beziehen können, muß beim Betrieb des Kraftfahrzeuges darauf geachtet werden, daß unter allen Betriebszuständen nur so viel Energie verbraucht wird, wie durch die Bordstromversorgung zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei wird im allgemeinen davon ausgegangen, daß eine vorübergehende oder kurzzeitige Überlastung hingenommen werden kann. Ein solcher Fall kann beispielsweise eintreten, wenn im Motorleerlauf bei maximalem Betrieb der Komfortkomponenten die elektrischen Motorkühlerlüfter maximale Leistung erbringen müssen.

Um die Betriebssicherheit zu gewährleisten, ist sicherzustellen, daß das Bordnetz sich nicht permanent unterhalb bestimmter Spannungsgrenzen befindet. Des weiteren ist für die Startfähigkeit des Kraftfahrzeuges darauf zu achten, daß die Bordnetzbatterie und gegebenenfalls eine vorhandene Starterbatterie nicht zu stark entladen werden.

Aus der DE 198 38 248 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung elektrischer Verbraucher in einem Bordnetz, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem der aktuelle Zustand der elektrischen Verbraucher ständig überwacht wird und deren Ansteuerung durch mindestens eine Steuereinheit erfolgt, wobei die Klassifizierung aller elektrischen Verbraucher des Systems in Strategiegruppen, sowie Festlegung von Steueralgorithmen und Prioritäten für die einzelnen Strategiegruppen, die Speicherung der Klassifizierung und der Steueralgorithmen der Strategiegruppen in einem Speicher der mindestens einen Steuereinheit, die Überwachung aller elektrischen Verbraucher durch die mindestens eine Steuereinheit und Speicherung der erfaßten Daten in dem Speicher, und gleichzeitige oder zeitversetzte Ansteuerung der elektrischen Verbraucher durch die mindestens eine Steuereinheit nach Bewertung der Schaltanforderungen übergeordneter elektrischer Verbraucher und Freigabe der Ansteuerung entsprechend der festgesetzten Algorithmen erfolgt. Weiterhin wird dort vorgeschlagen, daß für Situationen mit laufendem und nicht laufendem Motor kritische Spannungsschwellen der Bordspannung vorgegeben werden und daß bei Unterschreitung der vorgegebenen Spannungsschwellen während einer vorgegebenen Zeitdauer ein vorübergehender Lastabwurf nicht unbedingt notwendiger Verbraucher nach der vorgegebenen Klassifizierung und Priorität erfolgt. Die Zeitdauer ist dabei notwendig, damit bei schnellen Spannungsänderungen nicht fortlaufend elektrische Verbraucher ab- und zugeschaltet werden.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, daß die Gegenmaßnahme, insbesondere das Abschalten einzelner Verbraucher in bestimmten Bordnetzkonstellationen zu spät vorgenommen wurde, so daß Bordnetzstörungen auftreten.

Der Erfindung liegt daher das technischen Problem zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes zu schaffen, mittels derer situativ schneller auf kritische Bordnetzzustände reagiert werden kann.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu wird der Einschaltzustand mindestens eines elektrischen Verbrauchers erfaßt und der Zeitraum bis zur Abschaltung eines elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit von den erfaßten Einschaltzuständen verändert. Zur Klarstellung sei angemerkt, daß die erfaßten Verbraucher bezüglich der Einschaltzustände nicht mit den abzuschaltenden Verbrauchern identisch sein müssen. Aufgrund der erfaßten Einschaltzustände wird dabei eine aktuelle Bordnetzbelastung abgeleitet und je nach Größe der geschätzten Belastung die Abschaltung eher vorgenommen, um ernsthafte Spannungseinbrüche zu verhindern.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedem elektrischen Verbraucher ein Zeitinkrement zugeordnet, wobei die Zeitinkremente der eingeschalteten Verbraucher aufsummiert werden. Diese Summe wird dann von dem vorgegebenen Zeitraum abgezogen, so daß also die Abschaltmaßnahmen früher eingeleitet werden.

In einer Ausführungsform wird jedem elektrischen Verbraucher ein gleich großes Zeitinkrement zugeordnet, so daß die Beschreibung der Summe sich sehr einfach ergibt. Vorzugsweise werden jedoch die zugeordneten Zeitinkremente entsprechend ihrem elektrischen Energieverbrauch gewichtet, so daß die Summe der Zeitinkremente stärker die tatsächliche Bordnetzbelastung durch die eingeschalteten elektrischen Verbraucher berücksichtigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustandes als Spannungsmeßeinrichtung ausgebildet, wobei das Unterschreiten eines Grenzwertes für die Spannung als kritischer Bordnetzzustand erfaßt wird.

Es versteht sich, daß wie im Stand der Technik den abzuschaltenden Verbraucher Prioritäten zugeordnet werden können, die dann die Reihenfolge ihrer Abschaltung vergibt. Des weiteren kann auf die verschiedenen Verfahren zur Wiedereinschaltung der Verbraucher bei einer Verbesserung der Bordnetzbelastung verwiesen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes.

Die Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes umfaßt eine Anzahl elektrischer Verbraucher 1-6, ein Steuergerät 7, ein Bussystem 8 und eine Bordnetzspannungsversorgungsleitung 9. Über die Bordnetzspannungsversorgungsleitung 9 sind die elektrischen Verbraucher 1 bis 6 und das Steuergerät 7 mit einer nicht dargestellten Bordnetzbatterie verbunden und werden mit elektrischer Energie versorgt. Über das Bussystem 8, das vorzugsweise als CAN-Bus ausgebildet ist, können das Steuergerät 7 und die elektrischen Verbraucher 1 bis 6 bidirektional kommunizieren. Dabei kann das Steuergerät 7 über das Bussystem 8 die Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher 1 bis 6 abfragen und über Steuerbefehle die elektrischen Verbraucher 1 bis 6 an- oder abschalten. Das Steuergerät 7 verfügt über eine interne Spannungsmeßeinrichtung zur Messung der Spannung der Bordnetzspannungsversorgungsleitung 9. Des weiteren ist das Steuergerät 7 mit einem internen Zähler ausgebildet. Dieser Zähler beginnt zu laufen, wenn die erfaßte Bordnetzspannung unter einem definierten Schwellwert sinkt. Bleibt die Bordnetzspannung für einen bestimmten Zeitraum unterhalb des Schwellwertes, so schaltet das Steuergerät 7 einzelne elektrische Verbraucher 1 bis 6 in umgekehrter Reihenfolge ihrer Priorität ab, bis die Bordnetzspannung wieder über dem Schwellwert liegt. Der Zeitraum zwischen Unterschreitung des Schwellwertes und Beginn des Abschaltvorganges wird nun durch das Steuergerät 7 adaptiv an die Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher 1 bis 6 angepaßt. Hierzu ist den einzelnen elektrischen Verbrauchern 1 bis 6 jeweils ein Zeitinkrement t_i zugeordnet, um bei eingeschaltetem Verbraucher den Zeitraum bis zum Beginn der Abschaltmaßnahme zu verkürzen. Diese Funktionsweise soll anhand eines Zahlenbeispiels erläutert werden. In dem Steuergerät 7 ist eine Default-Zeitkonstante t_D = 5 s abgelegt. Dem elektrischen Verbraucher 1 bis 6 sei jeweils ein Zeitinkrement t₁ = 1 s, t₂ = 0,5 s, t₃ = 0,5 s, t₄ = 0,2 s, t₅ = 0,3 s und t₆ = 1 s zugeordnet, wobei der Index des Zeitinkrementes t_i auf den entsprechenden Verbraucher 1 bis 6 hinweist. Die Größe des Zeitinkrements ist dabei abhängig davon, wie groß die Leistungsaufnahme im eingeschalteten Zustand ist, so daß beispielsweise der elektrische Verbraucher 1 im eingeschalteten Zustand mehr elektrische Leistung aufnimmt als die elektrischen Verbraucher 2 bis 5. Weiter sei angenommen, daß die Reihenfolge der Indizes der Priorität der elektrischen Verbraucher 1 bis 6 entspricht, also der elektrische Verbraucher 1 eine niedrigere Priorität aufweist als die nachfolgenden elektrischen Verbraucher 2 bis 6. Beispielsweise sei angenommen, daß die elektrischen Verbraucher 1 bis 4 sowie 6 eingeschaltet sind und der elektrische Verbraucher 5 ausgeschaltet ist. Das Steuergerät 7 erfaßt dann die Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher 1 bis 6 und summiert die Zeitinkremente der eingeschalteten elektrischen Verbraucher 1 bis 4, 6 auf. Die Summe beträgt dabei für die obigen Zahlenbeispiele 3,2 s. Die Summe wird von der Default- Zeitkonstanten t_D = 5 s abgezogen, so daß sich ein resultierender Zeitraum von 1,8 s eingestellt. Entsprechend beginnt das Steuergerät 7 nach 1,8 s den elektrischen Verbraucher 1 abschalten. Anschließend kann dann mit einer neuen Reaktionszeit t_R = t_D - t₂ - t₃ - t₄ - t₆ abgewartet werden, wie sich die Bordnetzsituation ändert, bevor gegebenenfalls der nächste elektrische Verbraucher 2 abgeschaltet wird. Aufgrund der Berücksichtigung der Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher 1 bis 6 bei dem Zeitraum bis zur Einleitung von Abschaltmaßnahmen wird die tatsächliche Bordnetzbelastung besser abgeschätzt, so daß bei stärkerer Belastung die Gegenmaßnahmen schneller eingeleitet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens eine elektrische Energieversorgung, eine Vielzahl ansteuerbarer elektrischer Verbraucher und eine Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustandes, wobei einzelne elektrische Verbraucher abgeschaltet werden falls für einen vorgebbaren Zeitraum der Bordnetzzustand unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltzustand mindestens eines elektrischen Verbrauchers (1 bis 6) erfaßt wird und der Zeitraum t_D bis zur Abschaltung eines elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit von den erfaßten Einschaltzuständen verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Verbrauchern (1 bis 6) jeweils ein Zeitinkrement t_i zugeordnet ist, die Zeitinkremente t_i der eingeschalteten Verbraucher aufsummiert und der Zeitraum t_D bis zur Abschaltung eines elektrischen Verbrauchers (1 bis 6) um die Summe der Zeitinkremente t_i verkürzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem elektrischen Verbraucher (1 bis 6) ein gleichgroßes Zeitinkrement t_i zugeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Verbrauchern (1 bis 6) zugeordneten Zeitinkremente t_i entsprechend ihrem elektrischen Energieverbrauch gewichtet sind.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Bordnetzzustandes die Bordnetzspannung erfaßt und mit einem Grenzwert für die Spannung verglichen wird.

6. Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zentrales Steuergerät, eine Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustandes und eine Zeitmesseinrichtung, wobei bei Erfassung eines Bordnetzzustandes unterhalb eines definierten Grenzwertes über die Zeitmesseinrichtung der Zeitraum der Unterschreitung erfaßbar und an das zentrale Steuergerät übermittelbar ist, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen Zeitraumes mittels des zentralen Steuergerätes einzelne elektrische Verbraucher abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß über das zentrale Steuergerät (7) die Einschaltzustände der elektrischen Verbraucher (1 bis 6) erfaßbar sind und der Zeitraum t_D bis zur Abschaltung elektrischer Verbraucher (1 bis 6) in Abhängigkeit von den erfaßten Einschaltzuständen veränderbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustandes als Spannungsmeßeinrichtung ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Steuergerät (7) über analoge Eingänge und/oder ein Bussystem (8) mit den elektrischen Verbrauchern (1 bis 6) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen elektrischen Verbrauchern (1 bis 6) ein Zeitinkrement t_i zugeordnet ist, und das Steuergerät (7) den Zeitraum t_D bis zur Abschaltung eines elektrischen Verbrauchers (1 bis 6) um die Summe der Zeitinkremente der eingeschalteten elektrischen Verbraucher verkürzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den elektrischen Verbraucher (1 bis 6) zugeordneten Zeitinkremente t_i mit dem elektrischen Energieverbrauch der Verbraucher (1 bis 6) gewichtet sind.