DE102007025194A1

DE102007025194A1 - Stromversorgungsmodul, Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007025194A1
Application number: DE102007025194A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Eger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Ein Stromversorgungsmodul, insbesondere eine Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmodul neben einem Massenanschluss und einem Starteranschluss, zur Bereitstellung des Starterstroms für das Kraftfahrzeug, wenigstens einen weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss zur Bereitstellung einer geringeren Maximalstromstärke als dem Starterstrom, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsmodul, insbesondere eine Starterbatterie, für ein Kraftfahrzeug, sowie ein entsprechendes Verfahren und ein Kraftfahrzeug.
Die Stromversorgung in einem Kraftfahrzeug muss vielfältigen Anforderungen genügen. So finden sehr unterschiedliche Stromstärken Verwendung: Während der Starterstrom, zum Starten des Verbrennungsmotors, bis zu 600 Ampere beträgt, liegt der Standby-Stromverbrauch, durch Stillstandsverbraucher wie z. B. elektrische Uhren oder Diebstahl-Warnanlage, im Bereich weniger Milliampere. Unbedingt sicherzustellen ist in jedem Fall die Startfähigkeit des Kraftfahrzeuges. Auch nach sehr langen Stillstandszeiten muss eine genügend große Energiemenge zum Start des Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeug verfügbar sein. Hierzu ist üblicherweise ein Batterie-Managementsystem im Kraftfahrzeug vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, geeignet Mittel sowie ein entsprechendes Verfahren hierfür verfügbar zu machen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 8. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Stromversorgungsmodul neben einem Masseanschluss und einem Starterstromanschluss, zur Bereitstellung des Starterstroms für das Kraftfahrzeug, wenigstens einen weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss zur Bereitstellung einer geringeren Maximalstromstärke als der Starterstromstärke aufweist. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung kleiner dimensionierter Bauelemente bei Steuerung, Absicherung der Startfähigkeit und Überwachung des Stromversorgungsmoduls. Indem zusätzlich zu einem Stromversorgungszweig zur Versorgung des Starters mit elektrischer Energie ein weiterer Stromversorgungszweig niedrigerer Maximalstromstärke als der Starterstromzweig vorgesehen ist, kann die Steuerung und Überwachung durch entsprechend der geringeren Stromstärke dimensionierte Bauelemente wahrgenommen werden. Denn der Starterstrom muss ja nur zum Zeitpunkt des Motorstarts verfügbar sein, nicht jedoch im Standby-Betrieb des Kraftfahrzeugs. Dem erhöhten Aufwand, zusätzlich zu dem Starterstromanschluss weitere Stromversorgungsanschlüsse vorzusehen, steht also eine spürbare Ersparnis in der Dimensionierung der Bauelemente des Batteriemanagementsystems gegenüber. Das Stromversorgungsmodul kann dabei sehr kompakt ausfallen, indem die unterschiedlichen Stromversorgungsanschlüsse und/oder das Batterie-Managementsystem integriert sind. Alternativ sind separate Module mit verschiedenen Stromversorgungsanschlüssen unterschiedlicher Maximalstromstärken vorgesehen, welche auch räumlich getrennt von dem Stromversorgungsmodul angeordnet sein können. Insoweit bedeutet zugeordneter Stromversorgungsanschluss, dass dieser nicht direkt an bzw. im Stromversorgungsmodul, sondern lediglich vor den jeweiligen Stromverbrauchern im Fahrzeug vorgesehen sein kann. Dies ermöglicht eine optimale Bauraumausnutzung.
Bevorzugt weist das Stromversorgungsmodul als weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss einen Verbraucherstromanschluss auf, zur Bereitstellung des Verbraucherstroms zur Versorgung elektrischer Verbraucher im aktiven Kraftfahrzeug. Dies ermöglicht es, die Bauelemente zur Steuerung und Überwachung des Verbraucherstromanschlusses, insbesondere zur Sicherstellung einer genügend großen Energiemenge zum Start des Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeug, entsprechend der geringeren Maximalstromstärke dieses Anschlusses auch kleiner zu dimensionieren.
Bevorzugt weist das Stromversorgungsmodul als weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss einen Standbystromanschluss auf, zur Bereitstellung des Standby-Stroms zur Versorgung elektrischer Verbraucher des nicht aktiven Kraftfahrzeuges. Nicht aktiv bedeutet dabei, dass das Kraftfahrzeug abgestellt wurde und seitdem eine gewisse feste Zeitspanne, die z. B. die Lüfternachlaufzeit abdeckt, verstrichen ist. Dabei wird der Verbraucherstrom zur Versorgung elektrischer Verbraucher im aktiven Kraftfahrzeug vom Starterstromanschluss bereitgestellt. Damit könnte dieser Anschluss einige Zeit nach dem Abstellen des Fahrzeuges (Lüfternachlauf) abgeschaltet werden. Denn für die Versorgung der Stillstandsverbraucher würde ja nur die entsprechend geringe Maximalstromstärke des Standbystromanschlusses benötigt. Damit können die für den Standby-Strom des Stromversorgungsmoduls benötigten Bauelemente kleiner dimensioniert werden als bei Verwendung lediglich eines Anschlusses, der auch zur Starterstromversorgung genutzt wird.
Besonders bevorzugt weist das Stromversorgungsmodul zwei weitere zugeordnete Stromversorgungsanschlüsse auf, nämlich einen Verbraucherstromanschluss und einen Standbystromanschluss. Der Verbraucherstromanschluss könnte einige Zeit nach dem Abstellen des Fahrzeuges (Lüfternachlauf) abgeschaltet werden. Denn für die Versorgung der Stillstandsverbraucher würde ja nur die geringe Maximalstromstärke des Standbystromanschlusses benötigt, womit die zum Batterie-Management benötigten Bauelemente klein dimensioniert werden könnten.
Eine optimale Nutzung ergibt sich dann, wenn der Verbraucherstromanschluss bzw. der Standbystromanschluss elektrisch abschaltbar vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine einfache Trennung des Stromversorgungsmoduls von den entsprechenden elektrischen Verbrauchern, zur Sicherstellung der Startfähigkeit des Kraftfahrzeuges. Bevorzugt würde das Batteriemanagementsystem die Verbraucher sowie auch sich selbst abschalten. Damit wäre sichergestellt, dass das Fahrzeug keine weitere elektrische Energie verbraucht und somit dessen Startfähigkeit sichergestellt ist. Bei der nächsten Inbetriebnahme des Fahrzeuges ist dann über einen entsprechenden Weckeingang eine Wiederinbetriebnahme des Batteriemanagementsystems vorgesehen.
Bevorzugt weist das Stromversorgungsmodul ein dem Verbraucherstromanschluss bzw. dem Standbystromanschluss beigeordnetes Relais auf, insbesondere in monostabiler Ausführung für den Verbraucherstromanschluss bzw. in bistabiler Ausführung für den Standbystromanschluss. Das Relais kann dabei in herkömmlicher Weise ausgeführt sein, aber beispielsweise auch als Schütz oder Halbleiterrelais vorgesehen sein. Für den Fall dass neben dem Starterstromanschluss nur ein Verbraucherstromanschluss vorgesehen ist, d. h. dass Verbraucherstromanschluss und Standbystromanschluss identisch sind, wäre entsprechend die bistabile Ausführung vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Stromversorgungsmodul eine Lithiumbatterie. Diese Batterieart ermöglicht besonders hohe Energiedichten, erfordert jedoch eine akkurate Überwachung durch ein Batterie-Managementsystem und damit den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ein Verfahren zur Steuerung und Überwachung der Stromversorgung in einem Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einem Stromversorgungszweig zur Versorgung des Starters des Verbrennungsmotors ein weiterer Stromversorgungszweig vorgesehen ist, der für eine niedrigere Maximalstromstärke ausgelegt ist und der abgeschaltet wird, bevor die vom Stromversorgungsmodul gespeicherte Energie unter die zum Starten des Verbrennungsmotors benötigte Energiemenge fällt. Bevorzugt ist ein weiterer Stromversorgungszweig vorgesehen, zur Versorgung der Verbraucher im aktiven Kraftfahrzeug, der einige Zeit nachdem das Kraftfahrzeug abgestellt wurde abgeschaltet wird. Dabei ist die Stromversorgung eines Stromversorgungszweiges elektrisch (galvanisch) getrennt von einem anderen Stromversorgungszweig ausgeführt.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Steuerung und Überwachung der Stromversorgung Informationen zur Erstellung einer Ladebilanz bereitstellt. Zur Sicherung einer ausgeglichenen Ladebilanz werden Informationen über Lade- und Entladeströme sowie über den Ladezustand des Stromversorgungsmoduls bereitgestellt. Damit sind Maßnahmen zur Sicherstellung der Ausgeglichenheit der Stromversorgung (Spannungsanhebung des Generators, Lastmanagement usw.) einleitbar.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Die 1 zeigt schematisch ein Stromversorgungsmodul gemäß der Erfindung. Das Stromversorgungsmodul weist ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 6 auf, die beispielsweise beide aus Aluminium gefertigt sind. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist eine Halterung 3, beispielsweise aus Kunststoff, zur Aufnahme von Lithiumzellen 2 vorgesehen. Im oberen Teil des Gehäuses 1 sind eine elektronische Schaltung 5 sowie wenigstens ein beigeordnetes Relais 4 vorgesehen.
In 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Abgebildet ist eine Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, die neben einem Masseanschluss über zwei weitere Stromversorgungsanschlüsse verfügt. Der für hohe Maximalstromstärken ausgelegte Starterstromversorgungsanschluss dient zum Starten des Verbrennungsmotors über einen Starter S. Hierbei fließen kurzzeitig, maximal für einige Sekunden beim Kaltstart, bis zu 600 Ampere. Da jedoch nur für die Zeit des Motorstarts Strom fließt, braucht dieser Stromversorgungsanschluss nicht abschaltbar zu sein.
Des Weiteren wird über diesen Stromversorgungszweig ebenfalls die Starterbatterie geladen. Hierbei fließen bis zu 200 Ampere, wobei sich dieser Strom aufteilt auf die Starterbatterie und die Stromversorgung des aktiven Kraftfahrzeugs.
Über einen Verbraucherstromversorgungsanschluss wird das Fahrzeug mit Strom versorgt, wenn es aktiv ist. Über diesen getrennten Stromversorgungszweig fließen bis zu 100 Ampere, kurzzeitig bis zu 200 Ampere bei Einschaltspitzen von Hochleistungsverbrauchern. Diese Maximalstromstärke wird jedoch nur dann benötigt, wenn das Fahrzeug aktiv ist und dann noch für eine gewisse Zeitspanne nachdem es abgeschaltet wurde (Lüfternachlaufzeit). Danach wird diese Maximalstromstärke nicht mehr benötigt und kann abgeschaltet werden. Hierfür findet das monostabile Relais R1 Einsatz.
Zur Sicherstellung der Stromversorgung der Stillstandsverbraucher ist ein Standby-Stromanschluss vorgesehen. Über diesen getrennten Stromversorgungszweig werden die Stillstandsverbraucher mit Strom versorgt, wenn sich das Fahrzeug im Standby-Betrieb befindet, also einige Zeit, nachdem es abgestellt wurde. Der Standby-Stromversorgungsanschluss ist über ein Relais R2 abgesichert, das bistabil ausgeführt und für eine Stromstärke von 10 Ampere ausgelegt ist.
Die Starterbatterie ist dabei als Lithiumbatterie ausgeführt, wobei im Batterie-Managementsystem eine Überspannungsabsicherung über eine Generatorüberwachung realisiert ist, zur Vermeidung einer Überladung der Starterbatterie.
Durch die Erfindung wird ein Stromversorgungsmodul, insbesondere eine Starterbatterie, für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, die jederzeit ein sicheres Starten des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Dies wird durch ein Batteriemanagementsystem sichergestellt. Da der zu überwachende Stromversorgungsanschluss des Stromversorgungsmoduls eine geringere Maximalstromstärke als die Starterstromstärke aufweist, können kleiner dimensionierte Bauelemente verwendet werden und somit eine entsprechende Kosten- und Bauraumersparnis realisiert werden.

Claims

Stromversorgungsmodul, insbesondere Starterbatterie, für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmodul neben einem Masseanschluss und einem Starterstromanschluss, zur Bereitstellung des Starterstroms für das Kraftfahrzeug, wenigstens einen weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss aufweist, zur Bereitstellung einer geringeren Maximalstromstärke als die des Starterstroms.
Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Stromversorgungsmodul als weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss einen Verbraucherstromanschluss aufweist, zur Bereitstellung des Verbraucherstroms zur Versorgung elektrischer Verbraucher im aktiven Kraftfahrzeug.
Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stromversorgungsmodul als weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschluss ein Standbystromanschluss aufweist, zur Bereitstellung des Standby-Stroms zur Versorgung elektrischer Verbraucher des nicht aktiven Kraftfahrzeuges.
Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der oder die weiteren zugeordneten Stromversorgungsanschlüsse elektrisch abschaltbar vorgesehen sind.
Stromversorgungsmodul nach Anspruch 4, wobei das Stromversorgungsmodul wenigstens ein beigeordnetes Relais aufweist, insbesondere in monostabiler Ausführung für den Verbraucherstromanschluss bzw. in bistabiler Ausführung für den Standbystromanschluss.
Stromversorgungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stromversorgungsmodul eine Lithiumbatterie umfasst.
Kraftfahrzeug umfassend ein Stromversorgungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Überwachung der Stromversorgung in einem Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einem Stromversorgungszweig zur Versorgung des Starters des Verbrennungsmotors ein weiterer Stromversorgungszweig vorgesehen ist, der für eine niedrigere Maximalstromstärke ausgelegt ist und der abgeschaltet wird, bevor die vom Stromversorgungsmodul gespeicherte Energiemenge unter die zum Starten des Verbrennungsmotors benötigte Energiemenge fällt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren Informationen zur Erstellung einer Ladebilanz bereitstellt.