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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines elektrischen
Fahrzeugbordnetzes nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 und
eine korrespondierende Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bekannte
elektrische Bordnetze für Kraftfahrzeuge, insbesondere
für Kraftfahrzeuge mit einer so genannten Stopp/Start-Funktion,
bei der ein Verbrennungsmotor bei stehendem Kraftfahrzeug abgeschaltet
und bei Betätigung eines Fahrpedals wieder gestartet wird,
um Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu verringern, weisen einen
elektrischen Startermotor und einen Generator als Energiequelle
sowie mindestens einen Energiespeicher auf. Der Generator als Energiequelle
wird vom Verbrennungsmotor angetrieben und ist in der Regel eigenüberwacht,
wobei bei einem Ausfall des Generators eine Warnmeldung erzeugt
und über ein beispielsweise im Kombiinstrument angeordnetes
optisches Anzeigelement angezeigt wird. Ein Defekt in einem Pfad
des elektrischen Bordnetzes wird bei einem ansonsten funktionierenden
Generator jedoch nicht erkannt.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 027 498 A1 wird beispielsweise
eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz einer Kraftfahrzeugs
beschrieben. Die beschriebene Schaltungsanordnung umfasst einen
elektrischen Startermotor und einen von einer Brennkraftmaschine
angetriebenen Generator sowie einen ersten Energiespeicher und einen
zweiten Energiespeicher und mindestens eine Schalteinrichtung zur
variablen Verschaltung der Energiespeicher. Die Schalteinrichtung
ist beispielsweise als diskretes Halbleiterbauelement ausgebildet.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 016 292 A1 wird eine Schaltungsanordnung
einer Starter- und Energieversorgungsanlage eines Kraftfahrzeuges
mit einem elektrischen Startermotor beschrieben, der mit einem elektrischen
Energiespeicher, der wenigstens einen Kondensator und wenigstens
einen Akkumulator umfasst, verbindbar ist. Weiter ist ein von einer
Brennkraftmaschine antreibbarer Generator zur Energielieferung während
des Betriebs der Brennkraftmaschine vorgesehen. Dem Energiespeicher
ist eine Schalteinrichtung zur variablen Verschaltung des Kondensators
und/oder des Akkumulators mit dem Startermotor bzw. mit dem Generator zugeordnet.
Die Schaltzustände der Schalteinrichtung sind in Abhängigkeit
von Parametern, wie beispielsweise den Spannungsunterschieden im
Energiespeicher steuerbar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und Anordnung zur Diagnose eines
elektrischen Fahrzeugbordnetzes anzugeben, die einen Defekt in einem
Pfad des elektrischen Fahrzeugbordnetzes erkennen können.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines
Verfahrens zur Diagnose eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Anordnung zur Diagnose
eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird
während des Fahrbetriebs mindestens ein Energiespeicher
von der Energiequelle getrennt, und eine Spannung der Energiequelle
wird auf einen Spannungswert erhöht, der höher
als eine bekannte Ruhespannung des mindestens einen Energiespeichers
ist, wobei eine aktuelle Spannung des mindestens einen Energiespeichers und
eine aktuelle Spannung der mindestens einen Energiequelle ermittelt
und miteinander verglichen werden, wobei ein Defekt erkannt wird,
wenn der Unterschied zwischen der aktuellen Spannung des mindestens
einen Energiespeichers und der aktuellen Spannung der Energiequelle
kleiner als ein vorgegebener ersten Schwellwert ist. Hierbei kann
der mindestens einen Energiespeicher über mindestens ein Schaltelement
mit der Energiequelle verbunden und/oder von der Energiequelle getrennt
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
in vorteilhafter Weise ohne zusätzlichen Hardwareaufwand
eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit
eines im Fahrzeugbordnetz zuschaltbaren Pfades mit einem Energiespeicher
durch eine Spannungseinstellung und eine Spannungsermittlung bzw.
Spannungsmessung. So können beispielsweise defekte Schaltelemente,
insbesondere defekte als Öffner ausgeführte Schaltelemente,
ein Kurzschluss oder ein Fehler in der Ansteuerung des Schaltelements mit
bereits vorhandenen Steuergeräten ohne zusätzlichen
Hardwareaufwand erkannt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nach der Erhöhung der Spannung der Energiequelle der
mindestens eine Energiespeicher mit der Energiequelle verbunden, wobei
nach dem Verbinden die aktuelle Spannung des mindestens einen Energiespeichers
und die aktuelle Spannung der Energiequelle ermittelt und miteinander
verglichen werden. Hierbei wird ein Defekt erkannt, wenn der Unterschied
zwischen der aktuellen Spannung des mindestens einen Energiespeichers
und der aktuellen Spannung der Energiequelle nach Ablauf einer vorgebbaren
Zeitspanne einen vorgegebenen zweiten Schwellwert überschreitet.
Dadurch wird die Überprüfung der Funktionsfähigkeit weiter
verbessert, da durch die weitere Ausgestaltung auch defekte Schaltelemente,
die als Schließer ausgeführt sind, eine Leitungsunterbrechung
bzw. ein Defekt in der Ansteuerung des Schaltelements erkannt werden
können.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein als Hauptenergiespeicher ausgeführter erster Energiespeicher
beispielsweise in einem Pfad angeordnet, der über ein als Öffner ausgeführtes
Schaltelement von der Energiequelle getrennt oder mit der Energiequelle
verbunden werden kann. Zudem kann ein als Hilfsenergiespeicher ausgeführter
zweiter Energiespeicher beispielsweise in einem Stützpfad
angeordnet werden, der über ein als Schließer
ausgeführtes Schaltelement mit der Energiequelle verbunden
oder von der Energiequelle getrennt werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Stoppfreigabe zum Ausschalten einer Verbrennungsmaschine
in einem Stopp/Start-Betrieb erst gegeben, wenn kein Defekt in einem
Pfad des Fahrzeugbordnetzes erkannt wird, in dem mindestens ein
Energiespeichers angeordnet ist. Zudem wird während des
Fahrzeugbetriebs eine Warnmeldung ausgegeben, wenn ein Defekt in
einem Pfad des Fahrzeugbordnetzes mit mindestens einem Energiespeicher
erkannt wird.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung zur Diagnose eines
elektrischen Fahrzeugbordnetzes, das eine Energiequelle und mindestens
einen Energiespeicher aufweist, der über mindestens ein
Schaltelement mit der Energiequelle verbindbar und/oder von der
Energiequelle trennbar ist, weist eine Auswerte- und Steuereinheit
auf, die erfindungsgemäß während des
Fahrbetriebs den mindestens einen Energiespeicher durch eine entsprechende
Ansteuerung des korrespondierenden Schaltelements von der Energiequelle
trennt und eine Spannung der Energiequelle auf einen Spannungswert erhöht,
der höher als eine bekannte Ruhespannung des mindestens
einen Energiespeichers ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit
eine aktuelle Spannung des mindestens einen Energiespeichers und
eine aktuelle Spannung der Energiequelle ermittelt und miteinander
vergleicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit einen Defekt erkennt,
wenn der Unterschied zwischen der aktuellen Spannung des mindestens
einen Energiespeichers und der aktuellen Spannung der Energiequelle
kleiner als ein vorgegebener ersten Schwellwert ist. Da die Energiequelle
von dem mindestens einen Energiespeicher getrennt sein sollte, sollte
eine Spannungserhöhung an der Energiequelle keine Auswirkungen
auf die Spannung des mindestens einen Energiespeichers haben. Ergibt
sich trotzdem kein merklicher Unterschied zwischen den beiden Spannungen,
deutete dies auf einen Defekt.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungemäßen Anordnung
verbindet die Auswerte- und Steuereinheit nach der Erhöhung
der Spannung der Energiequelle den mindestens einen Energiespeicher durch
eine entsprechende Ansteuerung des korrespondierenden Schaltelements
mit der Energiequelle, wobei die Auswerte- und Steuereinheit nach
dem Verbinden die aktuelle Spannung des mindestens einen Energiespeichers
und die aktuelle Spannung der Energiequelle ermittelt und miteinander
vergleicht. Die Auswerte- und Steuereinheit erkennt einen Defekt,
wenn der Unterschied zwischen der aktuellen Spannung des mindestens
einen Energiespeichers und der aktuellen Spannung der Energiequelle
nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne einen vorgegebenen zweiten
Schwellwert überschreitet. Dadurch wird die Erkennung eines
Defektes in vorteilhafter Weise weiter verbessert. Da die Energiequelle
nun mit dem mindestens einen Energiespeicher verbunden sein sollte,
sollten sich die beiden Spannungen schnell aneinander angleichen.
Bleibt nach der vorgegebenen Zeitspanne trotzdem ein merklicher
Unterschied, deutete dies auf einen Defekt hin. Die aktuellen Spannungswerte
zur Durchführung der Diagnose können der Auswerte-
und Steuereinheit beispielsweise über einen Fahrzeugbus
zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich oder
alternativ kann die Auswerte- und Steuereinheit entsprechende Informationen
direkt von vorhandenen Mess- und Prüfschaltungen empfangen.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
ist ein als Hauptenergiespeicher ausgeführter erster Energiespeicher
in einem Pfad angeordnet, der beispielsweise über ein als Öffner ausgeführtes
Schaltelement von der Energiequelle getrennt oder mit der Energiequelle
verbunden werden kann. Zudem kann ein als Hilfsenergiespeicher ausgeführter
zweiter Energiespeicher beispielsweise in einem Stützpfad
angeordnet sein, der über ein als Schließer ausgeführtes
Schaltelement mit der Energiequelle verbunden oder von der Energiequelle
getrennt werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
gibt die Auswerte- und Steuereinheit eine Stoppfreigabe zum Ausschalten
einer Verbrennungsmaschine in einem Stopp/Start-Betrieb erst, wenn
sie keinen Defekt in einem Pfad des Fahrzeugbordnetzes mit mindestens
einem Energiespeicher erkennt. Zudem gibt die Auswerte- und Steuereinheit
während des Fahrzeugbetriebs eine Warnmeldung an eine optische
Ausgabeeinheit aus, wenn sie einen Defekt in einem Pfad des Fahrzeugbordnetzes
mit mindestens einem Energiespeicher erkennt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Die
einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung
einer Leitungsunterbrechung in einem elektrischen Fahrzeugbordnetz.
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Wie
aus der Figur ersichtlich ist, umfasst ein elektrisches Bordnetz 1 eines
Kraftfahrzeugs mit Stopp/Start-Funktionalität in einem
ersten Teil 1.1 einen als Akkumulator ausgeführten
Hauptenergiespeicher 20 und eine als Startermotor ausgeführte elektrische
Maschine 10 zum Starten eines Verbrennungsmotors. In einem
zweiten Teil 1.2 des elektrischen Bordnetzes 1 ist
eine als Generator ausgeführte Energiequelle 30 angeordnet,
die Bewegungsenergie aus dem Verbrennungsmotor und/oder einem Bremsvorgang
in elektrische Energie umwandelt und in das Bordnetz 1 einspeist.
Weiter umfasst der zweite Teil 1.2 einen elektrischen Verbraucher 50,
der beispielhaft für eine mögliche Vielzahl von
elektrischen Verbrauchern 50 steht. Schließlich
ist im zweiten Teil 1.2 ein Hilfsenergiespeicher 40 vorgesehen,
der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Akkumulator ausgebildet
ist, der eine geringere Nennkapazität als der als Akkumulator
ausgeführte Hauptenergiespeicher 20 aufweist.
Alternativ kann der Hilfsenergiespeicher 40 auch als Kondensator,
insbesondere als ein Doppelschichtkondensator ausgeführt
werden.
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Der
erste Teil 1.1 ist vom zweiten Teil 1.2 durch
ein erstes als Relais ausgeführtes Schaltelement 25 trennbar,
das als Öffner ausgebildet ist, d. h. in einer Ruhelage
schließt. Ein zweites als Relais ausgeführtes
Schaltelement 42, das als Schließer ausgebildet
ist, so dass es in seiner Ruhelage offen ist, ist so angeordnet,
dass es die Hilfsenergiequelle 40 vom zweiten Teil 1.2 trennen
kann.
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Alternativ
können statt Relais Halbleiterschalter verwendet werden.
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Eine
Auswerte- und Steuereinheit 60, die Teil eines im Kraftfahrzeug
vorhandenen Steuergerätes, beispielsweise einem Bordnetzsteuergerät,
sein kann, überwacht über einen intelligenten
Batteriesensor 22 die Funktion des als Akkumulator ausgeführten
Hauptenergiespeichers 20. Zudem ist die Auswerte- und Steuereinheit 60 ausgeführt,
um eine aktuelle Spannung UBat des als Akkumulator
ausgeführten Hauptenergiespeichers 20, eine aktuelle Spannung
UG der als Generator ausgeführten
Energiequelle 30, eine aktuelle Spannung UH des
als Akkumulator ausgeführten Hilfsenergiespeichers 40 und/oder
eine aktuelle Spannung UB am Verbraucher 50 zu
ermitteln bzw. zu messen. Die aktuellen Spannungswerte zur Durchführung
der Diagnose können der Auswerte- und Steuereinheit 60 beispielsweise über
einen Fahrzeugbus zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich
oder alternativ kann die Auswerte- und Steuereinheit 60 entsprechende
Informationen direkt von vorhandenen Mess- und Prüfschaltungen, wie
dem intelligenten Batteriesensor 22 empfangen. Zudem steuert
die Auswerte- und Steuereinheit 60 die beiden Schaltelemente 25, 42 an
und stellt die Spannung UG der als Generator
ausgeführten Energiequelle 30 ein. Die entsprechenden
Wirkverbindungen und Messverbindungen sind in der Figur gestrichelt
dargestellt.
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Für
einen Warmstart wird der Hilfsenergiespeicher 40 durch
das als Relais ausgeführte zweite Schaltelement 42 mit
dem zweiten Teil 1.2 des Bordnetzes 1 verbunden,
so dass er den Verbraucher 50 mit elektrischer Energie
versorgen kann. Das als Relais ausgeführte erste Schaltelement 25 trennt
den ersten Teil 1.1 vom zweiten Teil 1.2. Anschließend wird
die als Startermotor ausgeführte elektrische Maschine 10 mittels
eines nicht gezeigten Anlasserrelais gestartet. Die Trennung des
ersten Teils 1.1 vom zweiten Teil 1.2 und die
Verbindung des Hilfsenergiespeichers 40 mit dem zweiten
Teil 1.2 bzw. dem Verbraucher 50 bewirkt, dass
die Spannung UB im zweiten Teil 1.2 bzw.
am Verbraucher 50 während des Starts nicht zusammenbricht,
so dass der Verbraucher 50, beispielsweise ein Autoradio,
nicht abschaltet.
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Ist
der ermittelte Ladezustand des Hilfsenergiespeichers 40 nicht
ausreichend für die Versorgung des Verbrauchers 50,
kann ein Stopp des Verbrennungsmotors unterbunden werden, um einen
dann unvermeidlichen Ausfall von Verbrauchern 50 bei einem
Warmstart zu vermeiden.
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Nach
einem Schlüsselstart des Kraftfahrzeugs mit Stopp/Start-Funktionalität
wird zunächst keine Stoppfreigabe erteilt und es wird zuerst
eine Diagnose des Bordnetzes 1 durchgeführt. Daher
trennt die Auswerte- und Steuereinheit 60 zur Überprüfung des
Stützpfades den als Akkumulator ausgeführten Hilfsenergiespeicher 40 durch
eine entsprechende Ansteuerung des zweiten Schaltelements 42 von
der Energiequelle 30, d. h. der Schließer bleibt
geöffnet. Nach der Trennung erhöht die Auswerte-
und Steuereinheit 60 die Spannung UG der
als Generator ausgeführten Energiequelle 30 auf
einen Wert, der höher als eine bekannte Ruhespannung der
Hilfsenergiequelle 40 ist. Gleichzeitig ermittelt die Auswerte-
und Steuereinheit 50 die aktuelle Spannung UH des
Hilfsenergiespeichers 40 und die aktuelle Spannung UG der Energiequelle 30 und vergleicht
diese miteinander. Die Auswerte- und Steuereinheit 60 erkennt
einen Defekt im Stützpfad, wenn der Unterschied zwischen
der aktuellen Spannung UH des Hilfsenergiespeichers 40 und
der aktuellen Spannung UG der Energiequelle 30 kleiner
als ein vorgegebener erster Schwellwert ist. Zur weiteren Diagnose
verbindet die Auswerte- und Steuereinheit 50 nach der Erhöhung der
Spannung UG der Energiequelle 30 die
Energiequelle 30 durch eine entsprechende Ansteuerung des
korrespondierenden zweiten Schaltelements 42 mit dem Hilfsenergiespeicher 40,
d. h. der Schließer wird geschlossen. Nach dem Verbinden
ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 60 wieder die
aktuelle Spannung UH des Hilfsenergiespeichers 40 und
die aktuelle Spannung UG der Energiequelle 30 und
vergleicht diese wieder miteinander. Die Auswerte- und Steuereinheit 60 erkennt
einen Defekt, wenn der Unterschied zwischen der aktuellen Spannung
UH des Hilfsenergiespeichers 40 und
der aktuellen Spannung UG der Energiequelle 30 nach
Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne einen vorgegebenen zweiten Schwellwert überschreitet.
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Anschließend
kann das gleiche Verfahren auf die oben beschriebenen Weise entsprechend
mit dem Hauptenergiespeicher 20 durchgeführt werden, der
in einem Pfad bzw. im ersten Teil 1.1 des Bordnetzes angeordnet
ist, der über das als Öffner ausgeführte
erste Schaltelement 25 von der Energiequelle 30 getrennt
oder mit der Energiequelle 30 verbunden werden kann.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 50 gibt eine Stoppfreigabe
zum Ausschalten einer Verbrennungsmaschine in einem Stopp/Start-Betrieb
erst, wenn sie während der Diagnose keinen Defekt in einem
Pfad des Fahrzeugbordnetzes 1 erkennt. Die Diagnose kann
im Fahrbetrieb jederzeit wiederholt werden.
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Erkennt
die Auswerte- und Steuereinheit 50 während des
Fahrzeugbetriebs einen Defekt in einem Pfad des Fahrzeugbordnetzes 1 dann
gibt sie eine entsprechende Warnmeldung an eine optische Ausgabeeinheit 70 aus
und verhindert gleichzeitig, dass ein Stopp des Verbrennungsmotors
ausgeführt wird.
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Ausführungsformen
der Erfindung führen in vorteilhafter Weise ohne zusätzlichen
Hardwareaufwand eine Diagnose von Pfaden des Fahrzeugbordnetzes,
die mindestens einen zuschaltbaren Energiespeicher aufweisen, durch
Spannungseinstellung und Spannungsermittlung bzw. Spannungsmessung durch.
So kann beispielsweise die Funktionsfähigkeit des Stützpfads
und des Pfads mit dem Hauptenergiespeicher des Kraftfahrzeugs mit
einer Stopp/Start-Funktionalität überprüft
werden.
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- 1
- Fahrzeugbordnetz
- 1.1
- erster
Teil
- 1.2
- zweiter
Teil
- 10
- Startermotor
- 20
- Hauptenergiespeicher
- 22
- Stromsensor
- 25
- erstes
Schaltelement (Öffner)
- 30
- Generator
- 40
- Hilfsenergiespeicher
- 42
- zweites
Schaltelement (Schließer)
- 50
- Verbraucher
- 60
- Auswerte-
und Steuereinheit
- 70
- Anzeigeeinheit
- UG
- Generatorspannung
- UB
- Bordnetzspannung
- UBat
- Batteriespannung
- UH
- Hilfsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007027498
A1 [0003]
- - DE 102004016292 A1 [0004]