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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug
mit zwei Bordnetzen.
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Es
sind Kraftfahrzeuge mit mehreren Bordnetzen, insbesondere Gleichspannungsbordnetzen, bekannt,
welche über
Gleichspannungswandler, kurz DC/DC-Wandler, miteinander gekoppelt
sind. Insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Bordnetzen unterschiedlicher
Spannung, beispielsweise einem 42V-Bordnetz und einem 14V-Bordnetz,
wird dabei eine Eingangsspannung in eine niedrigere oder höhere Ausgangsspannung
transformiert.
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Aus
der
DE 102 26 333
A1 ist ein solches Kraftfahrzeuge mit mehreren Bordnetzen
bzw. mit einem Mehrspannungsbordnetz bekannt, bei dem der Gleichspannungswandler
durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Zuständen der
Komponenten des Mehrspannungsbordnetzes angesprochen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisches Bordnetz
eines Kraftfahrzeuges wirtschaftlich zur Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung beruht demnach auch auf dem Gedanken, zwei Bordnetze eines
Kraftfahrzeuges über
einen Gleichspannungswandler miteinander zu koppeln, wobei ein erstes
Energiesteuermodul zur Steuerung des ersten Bordnetzes und ein zweites Energiesteuermodul
zur Steuerung des zweiten Bordnetzes vorgesehen ist, und wobei das
zweite Energiesteuermodul mit dem ersten Energiesteuermodul zusammenwirkt.
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Durch
die Aufteilung der Energiesteuerfunktion auf zwei verschiedene Energiesteuermodule wird
erreicht, dass das gleiche Fahrzeugmodell je nach darin verbauter
Sonderausstattung, und damit je nach Bordnetzanforderungen mit nur
einem oder bei Bedarf zusätzlich
mit einem zweiten Energiesteuermodul ausgestattet werden kann. Dadurch
ist es nicht erforderlich, ein Fahrzeug mit geringen Anforderungen
an die Stromversorgung dennoch mit einem teuren und leistungsfähigen Energiesteuermodul
auszustatten.
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Das
erste Bordnetz umfasst dabei vorzugsweise einen Generator, eine
Fahrzeugbatterie und zumindest einen ersten Verbraucher. Das zweite Bordnetz
umfasst vorzugsweise einen Energiespeicher, insbesondere einen so
genannten Superkondensator (Supercap oder Doppelschichtkondensator) oder
eine Fahrzeugbatterie, und zumindest einen zweiten Verbraucher.
Zusätzlich
zu der zweiten Energiequelle kann das zweite Bordnetz eine weitere
Energiequelle aufweisen.
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Neben
dem ersten und zweiten Bordnetz können selbstverständlich weitere
Bordnetze vorgesehen sein. Die Bordnetze unterschiedlicher Spannung
können
auch als ein Mehrspannungsbordnetz verstanden werden.
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Vorzugsweise
ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Gleichspannungswandlers
vorgesehen, wobei das zweite Energiesteuermodul zumindest teilweise
durch die Steuereinrichtung zur Steuerung des Gleichspannungswandlers
realisiert ist.
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Dadurch
wird erreicht, dass die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung zur
Steuerung des Gleichspannungswandlers zusätzlich zur wirtschaftlichen
Realisierung des zweiten Energiesteuermoduls verwendet wird.
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Besonders
bevorzugt ist die Steuereinrichtung zur Steuerung des Gleichspannungswandlers integraler
Bestandteil des Gleichspannungswandlers.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite Energiesteuermodul
derart eingerichtet, dass es den Energiebedarf des zweiten Bordnetzes
ermittelt, und in Abhängigkeit
davon der Gleichspannungswandler angesteuert wird.
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Vorzugsweise
ist lokal mindestens in einem zweiten Verbraucher ein Grenzspannungswert
abgespeichert, und das zweite Energiesteuermodul derart eingerichtet,
dass durch das zweite Energiesteuermodul der Grenzspannungswert
abgefragt wird und basierend auf dem Grenzspannungswert der Gleichspannungswandler
angesteuert wird.
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Das
erste Energiesteuermodul ist vorteilhafterweise derart eingerichtet,
dass der Gleichspannungswandler in Abhängigkeit von dem Zustand des ersten
Bordnetzes oder von Komponenten des ersten Bordnetzes angesteuert
wird.
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Besonders
bevorzugt basiert die Energiesteuerung der Bordnetze auf einem Master-Client-Prinzip,
wobei das erste Energiesteuermodul als Master und das zweite Energiesteuermodul
als Client wirkt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die folgende Figur näher
erläutert:
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild zweier über einen Gleichspannungswandler
miteinander gekoppelter Bordnetze.
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1 zeigt
ein erstes Bordnetz BN1 und ein zweites Bordnetz BN2 eines Kraftfahrzeuges,
welche vorzugsweise auf unterschiedlichen Spannungen basieren oder
operieren.
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Das
erste Bordnetz BN1 umfasst einen Generator G, eine Fahrzeugbatterie
E1 und zumindest einen ersten Verbraucher V1, wie beispielsweise eine
Heckscheibenheizung, eine Sitzheizung, ein Fahrlicht oder ein Radio.
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Das
zweite Bordnetz BN2 umfasst einen Energiespeicher E2, wie beispielsweise
einen Superkondensator, und zumindest einen zweiten Verbraucher
V2, wie beispielsweise eine elektrische Lenkung oder eine elektrische
Wankstabilisierung.
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Ein
Gleichspannungswandler DC/DC koppelt das erste Bordnetzes BN1 mit
dem zweiten Bordnetz BN2.
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Ein
erstes Energiesteuermodul EM1 steuert zumindest teilweise das erste
Bordnetz BN1, und ein zweites Energiesteuermodul EM2 steuert zumindest teilweise
das zweite Bordnetz BN2. Die Energiesteuermodule EM1, EM2 können einen
programmtechnisch entsprechend eingerichteten Prozessor umfassen,
welcher abhängig
von eingehenden das jeweilige Bordnetz betreffenden Messwerten die
Komponenten des jeweiligen Bordnetzes ansteuert.
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Das
zweite Energiesteuermodul EM2 wirkt über eine Verbindungsleitung
mit dem ersten Energiesteuermodul EM1 zusammen.
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Das
zweite Energiesteuermodul EM2 ist durch eine zeichnerisch nicht
dargestellte integrale Steuereinrichtung des Gleichspannungswandlers DC/DC
realisiert. Der Prozessor oder die Steuereinrichtung, welche wesentliche
Funktionen oder Komponenten des Gleichspannungswandlers DC/DC steuert,
steuert durch eine entsprechende programmtechnische Einrichtung
zusätzlich
das zweite Bordnetz BN2 oder Komponenten des zweiten Bordnetzes
BN2 zumindest bezüglich
deren Energieverbrauchs an.
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Dazu
ist das zweite Energiesteuermodul EM2 derart eingerichtet, dass
es den aktuellen Energiebedarf des zweiten Bordnetzes BN2 oder von Komponenten
des zweiten Bordnetzes BN2 ermittelt und in Abhängigkeit davon der Gleichspannungswandler
DC/DC angesteuert wird.
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Beispielsweise
ist lokal bei einem oder mehreren zweiten Verbrauchern V2 ein Grenzspannungswert
abgespeichert. Diese Grenzspannungswerte werden durch das zweite
Energiesteuermodul EM2 abgefragt und basierend auf dem Grenzspannungswert
oder den Grenzspannungswerten der Gleichspannungswandler DC/DC angesteuert.
Dabei kann auch der Zustand des ersten Bordnetzes BN1 oder von Komponenten
des ersten Bordnetzes BN1 berücksichtigt
werden.
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Je
nach Ausführungsvariante
sind die Komponenten der Bordnetze BN1, BN2 ganz oder teilweise über entsprechende
Steuer- oder Signalisierungsleitungen mit der Steuereinrichtung
und/oder den entsprechenden Energiesteuermodulen EM1, EM2 verbunden.
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Die
Energiesteuerung der Bordnetze BN1, BN2 basiert auf einem Master-Client-Prinzip, wobei das
erste Energiesteuermodul EM1 als Master und das zweite Energiesteuermodul
EM2 als Client wirkt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsvarianten der
Erfindung beschrieben, welche durch eine geeignete Einrichtung der
Steuereinrichtungen und Energiesteuermodule in die Praxis umgesetzt
werden können.
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Die
Steuerung des ersten Bordnetzes BN1 erfolgt zunächst oder grundsätzlich unabhängig von der
Steuerung und dem Zustand des zweiten Bordnetzes BN2 und umgekehrt.
Dies bedeutet, dass beispielsweise der Ladezustand des zweiten Energiespeichers
E2, stromverbrauchsreduzierende Maßnahmen, die Spannungslage,
eine Notlaufbetriebsart oder besondere dynamische Vorgänge im zweiten Bordnetz
BN2 auf das erste Bordnetz BN1 keinen Einfluss haben und umgekehrt.
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Zur
Steuerung des zweiten Bordnetzes BN2 ist daher ein entsprechend
eingerichtetes und an das zweite Bordnetz BN2 angepasstes zweites
Energiesteuermodul EM2 vorgesehen.
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Da
aber der Energiefluss von dem ersten Bordnetz BN1 in das zweite
Bordnetz BN2 einen Einfluss auf das erste bzw. zweite Bordnetz hat
oder haben kann, sind die beiden Energiesteuermodule EM1, EM2 miteinander
gekoppelt. Abhängig
von der Energieflussrichtung werden Ströme und Spannungen in den beiden
Bordnetzen BN1, BN2, insbesondere unabhängig voneinander, eingestellt
und begrenzt. Dies kann entweder durch das erste Energiesteuermodul
EM1 oder das zweite Energiesteuermodul EM2 ausgelöst werden.
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Wird
beispielsweise für
das erste Bordnetz BN1 der Strom I1 vorgegeben, so wird die Spannung für das erste
Bordnetz U1 (min) und die Spannung für das zweite Bordnetz U2 (max)
zusätzlich
begrenzt.
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Reicht
beispielsweise die Wandlerleistung des Gleichspannungswandlers DC/DC
hinsichtlich der Energieflussrichtung von Bordnetz BN1 nach Bordnetz
BN2 im Notlauf nicht mehr aus, so wird im ersten Bordnetz BN1 die
Spannung möglichst
hoch eingestellt, während
im Bordnetz BN2 verbrauchsreduzierende Maßnahmen eingeleitet werden.
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Die
benötigte
Energiemenge im zweiten Bordnetz BN2 wird beispielsweise durch Messung der
Ströme
und Spannungen der einzelnen Verbraucher V2, beispielsweise eines
Lenkhilfemotors, und des Energiespeichers E2, beispielsweise der
Kondensatorstrom oder der Batteriestrom, im zweiten Energiesteuermodul
EM2 ermittelt oder erfasst.
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Werden
die Messungen beispielsweise in einem zweiten Verbraucher V2 durchgeführt, so
werden die Strom-Messwerte, beispielsweise über einen Daten-Bus an das zweite
Energiesteuermodul EM2 übertragen
und dort alle Strom-Messwerte
addiert. Basierend auf der benötigten
Energiemenge im zweiten Bordnetz BN2 wird dann durch das zweite
Energiesteuermodul EM2 der Gleichspannungswandler DC/DC angesteuert.
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Vorteilhafterweise
werden ergänzend
zum Energiebedarf begrenzende Faktoren, wie beispielsweise die minimale
und maximale Bordnetzspannung im zweiten Bordnetz BN2 berücksichtigt.
Denn sowohl Verbraucher als auch Energiespeicher haben zulässige Spannungsbereiche
(min, typ, max), welche in Abhängigkeit
des Ladezustands und der gewandelten Energiemenge bzw. Leistung
unter- oder überschritten
werden können.
Der Arbeitsbereich, d.h. die Spannung des Systems soll innerhalb
dieser Grenzen gehalten werden, um die volle Funktion zu gewährleisten.
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Zudem
wird der Zustand und die Belastung des ersten Bordnetzes BN1 bei
der Ansteuerung des Gleichspannungswandlers DC/DC berücksichtigt, um
zu verhindern, dass das erste Bordnetz BN1 zu stark belastet wird,
wenn beispielsweise der Gleichspannungswandler DC/DC zu viel Strom
oder Leistung entnimmt, was dazu führen würde, dass dort die Spannung
unzulässig
weit einbricht, und die angeschlossenen Steuergeräte bzw.
Systeme resetiert werden.
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Sowohl
der Absolutstrom, welcher vom Gleichspannungswandler DC/DC im ersten
Bordnetz BN1 aufgenommen wird, als auch die Stromänderung,
welche vom Gleichspannungswandler DC/DC im ersten Bordnetz BN1 eingeprägt wird,
bestimmen den Energiefluss. Der Absolutstrom und die Änderung
werden begrenzt.
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Reicht
die zur Verfügung
stehende Energie im ersten Bordnetz BN1 zur Versorgung der angeschlossenen
und aktivierten Verbraucher und zum Laden der Batterie oder des
Energiespeichers nicht aus, werden im ersten Bordnetz BN1 geeignete
Maßnahmen
(Angebotserhöhung,
Verbrauchsreduzierung, Degradation von Funktionen, Fehlermeldung) ausgelöst.
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Dazu
erfolgt beispielsweise ein aktives oder präventives Abschalten von Verbrauchern
mittels Steuerbefehl und anschließender Fehlermeldung via Datenbus
an ein Anzeigegerät
des Fahrzeuges. Alternativ oder ergänzend reagiert der Verbraucher
V1 auf eine zu niedrige Bordnetzspannung mit Abschaltung und anschließender Fehlermeldung
via Datenbus an das Anzeigegerät.