DE10149105A1

DE10149105A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern in einem Bordnetz

Info

Publication number: DE10149105A1
Application number: DE2001149105
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern in einem Bordnetz von Fahrzeugen. Das Bordnetz wird in ein spannungsstabiles und ein spannungslabiles Energienetz (ES, EL) unterteilt. Mit einem Längsregler (LR), der in Reihe zwischen die beiden Energienetze (ES, EL) geschaltet ist, wird die Spannung (U) im spannungsstabilen Energienetz (ES) so geregelt, dass sie einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern in einem Bordnetz von Fahrzeugen. Solche Bordnetze zeichnen sich dadurch aus, dass zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Verbraucher zugeschaltet werden. Diese Verbraucher müssen mehr oder weniger zuverlässig ihre Funktionen erfüllen. Dabei muss gewährleistet werden, dass die Verbraucher, die ihre Funktion immer zuverlässig erfüllen müssen, stets mit der notwendigen Energie versorgt werden.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Lösung dieses Problems bekannt. Die DE-PS 199 13 771 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein elektrisches Netz sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Netzes, bei dem verschiedene Verbraucher jeweils eine eigene Steuerelektronik aufweisen, die mit einer als Batterie ausgebildeten Spannungsquelle verbunden sind. Einem Verbraucher, der im Startbetrieb einen höheren Leistungsbedarf als im Normalbetrieb hat, wird in der Startphase über ein geeignetes Schalterelement wenigstens eine weitere Steuerelektronik temporär zugeschaltet, damit die für den Startbetrieb notwendige Energie zur Verfügung steht. Nachteilig bei diesem System ist, dass derjenige Verbraucher, der üblicherweise von der weiteren Steuerelektronik versorgt wird, vollständig von der Energieversorgung abgetrennt wird und für die Zeit der Startphase somit nicht mehr zur Verfügung steht. Eine Lösung zur Stabilisierung der Energieversorgung während des Fahrbetriebs, d. h. außerhalb der Startphase, zeigt dieser Stand der Technik nicht.

Aus der DE-OS 196 10 927 ist ein Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung bekannt, bei dem unmittelbar nach dem Start zumindest die leistungsstarken Verbraucher in einer vorgegebenen Reihenfolge an die Versorgungsspannung gelegt werden, um das Bordnetz nicht zu überlasten. Mit dem Verfahren soll eine Bordnetzüberlastung während des Starts sowie während einer sich daran unmittelbar anschließenden Zeitspanne zuverlässig vermieden werden, um ein unzulässiges Absinken der Bordnetzspannung zu verhindern. Nachteilig hierbei ist ebenfalls, dass hier nur Maßnahmen zur Spannungsstabilisierung während der Startphase bzw. kurz danach getroffen werden, jedoch Spannungsschwankungen während des Fahrbetriebes nicht mehr berücksichtigt werden.

Aus der DE-OS 198 57 916 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von elektrischen Verbrauchern in einem Fahrzeug bekannt, wobei eine Steuerungsstruktur für die Verbraucher vorgesehen ist, die aus wenigstens einem übergeordneten Verbrauchermanagement besteht, der von den Verbrauchern einzeln oder als Summe zusammengefasst Anforderungen bezüglich der Verbraucherleistung empfängt. Die Steuerungsstruktur weist ferner einen Koordinator für das elektrische Bordnetz und dessen Leistungserzeugung auf, der vom Verbrauchermanagement die Summe der angeforderten elektronischen Verbraucherleistung erhält. Der Koordinator des Bordnetzes stellt durch Aufträge an Bordnetzkomponenten die angeforderte elektrische Leistung ein und das Verbrauchermanagement nimmt die erzeugte elektrische Leistung durch Steuern der Verbraucher ab. Durch Informationen über die Verbraucher, die für die Zuteilung der elektrischen Leistung und Koordination der Verbraucher notwendig sind, werden die Verbraucher klassifiziert und es werden ihnen Prioritäten zugeteilt. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein hoch komplexes Verbraucher- und Steuerungsmanagement, das sehr viel Rechnerleistung benötigt und damit einerseits sehr kostenintensiv und andererseits relativ anfällig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem diejenigen Verbraucher in einem Bordnetz eines Fahrzeuges, die immer zuverlässig arbeiten müssen, immer mit der benötigten Energie versorgt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern in einem Bordnetz von Fahrzeugen gelöst, wobei das Bordnetz in ein spannungsstabiles Energienetz und ein spannungslabiles Energienetz unterteilt ist, wobei der Stromfluß vom spannungsstabilen zum spannungslabilen Energienetz mit einer Regelvorrichtung so geregelt wird, dass die Spannung im spannungsstabilen Energienetz einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens kann die Verlustwärme der Regelvorrichtung als Heizquelle verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Verlustwärme der Regelvorrichtung in den Kühlkreislauf abzugeben.

Damit kann z. B. die Heizleistung für die Fahrgastraumheizung, insbesondere von Dieselfahrzeugen verbessert werden.

Das Verfahren lässt sich mit einer Vorrichtung zur Regelung der Energieversorgung durchführen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bordnetz in ein spannungsstabiles Energienetz und ein spannungslabiles Energienetz unterteilt ist, wobei zwischen das spannungsstabile und das spannungslabile Energienetz eine Regelvorrichtung mit veränderlichem Widerstand geschaltet ist. Die Regelvorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft durch einen Längsregler realisieren.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Regelvorrichtung mechanisch so mit dem Kühlkreislauf verbunden ist, dass die Verlustwärme der Regelvorrichtung an den Kühlkreislauf abgegeben wird.

Eine Ausbildung der Erfindung ist im folgenden anhand der Figur beschrieben. Diese zeigt das Schaltbild eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges mit dem Generator G, der herkömmlich über eine hier nicht gezeigte Regelvorrichtung zur Regelung des Bordnetzes auf eine Spannung größer 12,5 V aufweist. Parallel zum Generator liegen die Batterie B, der Startermotor M1 und weitere Betriebsverbraucher BV, die hier durch ein Widerstandssymbol dargestellt sind. Über Schalter S2 bzw. S3 können parallel sicherheitsrelevante Verbraucher M2 sowie die Beleuchtung L zugeschaltet werden. Die bisher aufgezählten Elemente sind Teil des spannungsstabilen Energienetzes ES. In diesem sind allgemein gesagt alle Verbraucher angeordnet, die aus Sicherheits- und Komfortgründen eine stabile Spannungsversorgung benötigen. Im spannungsstabilen Energienetz ES darf die Spannung auch kurzzeitig nicht unter einen vorgegebenen Wert abfallen. Dieser vorgegebene Wert beträgt in herkömmlichen Kraftfahrzeugbordnetzen 12,5 V. Im einzelnen zählen zu den Verbrauchern des spannungsstabilen Energienetzes ES die Motorverbraucher wie Zündung, Benzinpumpe und Motorsteuergerät, die Beleuchtung, das Innengebläse, die Audio-Anlage, die elektronische Lenkungssteuerung, die elektronische Bremse, das elektronische Stabilitätsprogramm sowie das Antiblockiersystem, die Batterie und der Starter.
Im spannungslabilen Energienetz EL ist in Parallelschaltung eine PTC-Heizung als Verbraucher angeordnet, die über eine Schaltvorrichtung S4 bedarfsweise zugeschaltet werden kann. Parallel dazu liegt die Fensterheizung FSH in Reihe mit der zugehörigen Steuerung STG und parallel dazu ist die Heizung H angeordnet, die über eine Schaltvorrichtung S5 zugeschaltet werden kann. Schließlich liegt der Kühlerlüfter mit dem Lüftermotor LU und der Lüftungsregelung KLE im Parallelkreis des labilen Energienetzes EL. Allgemein gesagt sind im spannungslabilen Energienetz EL diejenigen Verbraucher angeordnet, bei denen ein kurzzeitiger Spannungseinbruch zu keinen Funktions- oder Komfortnachteilen führt. Hierzu zählen insbesondere die Heckscheibenheizung, die Sitzheizung, die Spiegelheizung, die Lenkradheizung, die PTC- sowie die FSH-Heizung und der Kühlerlüfter.
Das spannungsstabile Energienetz ES und das spannungslabile Energienetz EL sind durch einen Längsregler LR in Reihe miteinander verbunden. Dieser Längsregler besteht aus einem Transistor T, dessen Basis (oder Gate, bei Verwendung eines Feldeffekttransistors) mit einem Regelglied R verbunden ist. Bei einem herkömmlichen Kraftfahrzeug-Bordnetz regelt der Längsregler LR die Spannung im spannungsstabilen Energienetz auf eine Eingangsspannung von größer 12,5 V.
Wenn beim Zuschalten eines Verbrauchers - und zwar unabhängig davon, ob ein Verbraucher im spannungslabilen oder im spannungsstabilen Energienetz EL, ES zugeschaltet wird - die Bordnetzspannung auf kleiner 12,5 V einbricht, so wird der Längsregler hochohmig und reduziert den Strom im spannungslabilen Netz EL. Dadurch kann die Spannung im spannungsstabilen Energienetz auf größer 12,5 V geregelt werden. Die Regeldynamik des Längsreglers muss dabei größer sein, als die größte Stromanstiegsgeschwindigkeit jedes zuschaltbaren Einzelverbrauchers. In herkömmlichen Bordnetzen bedeutet dies, dass die Regeldynamik des Längsreglers größer als 5.000 A/s (fünftausend Ampere pro Sekunde) sein muss.
Der Längsregler kann zusätzlich Heizfunktionen übernehmen. Insbesondere kann er bei Dieselfahrzeugen zur Unterstützung der Fahrgastraumheizung beitragen. Sinnvoll ist es dabei, wenn der Längsregler die Verlustwärme in den Wasserkreislauf der Fahrgastraumheizung abgibt. Somit kann ein zusätzlicher Leistungsregler entfallen.
Wenn im spannungslabilen Energienetz EL kein Verbraucher eingeschaltet ist (was sehr unwahrscheinlich ist, da in der Regel entweder ein Heizverbraucher oder der Kühlerlüfter in Betrieb ist), so ist die Spannungsstabilisierung wirkungslos. Hier muss entweder die Regeleinrichtung des Generators G schnell genug nachregeln oder, falls dies nicht ausreicht, muss hier aus Sicherheitsgründen ein Verbraucher, wie z. B. die Heckscheibenheizung zugeschaltet werden. Bezugszeichenliste B Batterie
BV Betriebsverbraucher
EL spannungslabiles Energienetz
ES spannungsstabiles Energienetz
FSH Fensterheizung
G Generator
H Heizung
KLE Kühlerregelung
L Beleuchtung
LR Längsregler
LU Kühlerlüfter
M 1 Startermotor
M2 sicherheitsrelevante Verbraucher
PTC PTC-Heizung
R Regelglied
S1 bis S5 Schalter
STG Steuerung
T Transistor
U Spannung

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern (M1, BV, M2, L, PTC, FSH, H, LU) in einem Bordnetz von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz in ein spannungsstabiles Energienetz (ES) und ein spannungslabiles Energienetz (EL) unterteilt ist, wobei der Stromfluß vom spannungsstabilen (ES) zum spannungslabilen Energienetz (EL) mit einer Regelvorrichtung (LR) so geregelt wird, dass die Spannung (U) im spannungsstabilen Energienetz (ES) einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustwärme der Regelvorrichtung als Heizquelle verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustwärme der Regelvorrichtung in den Kühlkreislauf abgegeben wird.

4. Vorrichtung zur Regelung der Energieversorgung von Verbrauchern (M1, BV, M2, L, PTC, FSH, H, LU) in einem Bordnetz von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz in ein spannungsstabiles Energienetz (ES) und ein spannungslabiles Energienetz (EL) unterteilt ist, wobei zwischen das spannungsstabile (ES) und das spannungslabile Energienetz (EL) eine Regelvorrichtung (LR) mit veränderlichem Widerstand geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung ein Längsregler (LR) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (LR) mechanisch so mit dem Kühlkreislauf verbunden ist, dass die Verlustwärme der Regelvorrichtung (LR) an den Kühlkreislauf abgegeben wird.