DE102009052690B3

DE102009052690B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von LED-Leuchten in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102009052690B3
Application number: DE102009052690A
Authority: DE
Inventors: Thomas Härtling
Original assignee: OSMA GmbH
Current assignee: Speedsignal De GmbH
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von LED-Leuchten in Kraftfahrzeugen, wobei die LED-Leuchten als Ersatz für herkömmliche Glühlampen eingesetzt werden, wobei zur Vermeidung einer Fehlermeldung aufgrund des niedrigeren Stromverbrauchs der LED-Leuchten eine zusätzliche Last parallel zur LED-Leuchte simuliert wird und die nötige Mehrleistung, die über die simulierte zusätzliche Last läuft, ins Bordnetz zurückgespeist wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von LED-Leuchten in Kraftfahrzeugen.
LED-Leuchten werden mehr und mehr in Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbesondere nachdem es gelungen ist, die Lichtausbeute bei LED-Leuchten in den letzten Jahren in sehr großem Ausmaß zu steigern.
Grundsätzlich sind LED-Leuchten deshalb attraktiv, weil sie einerseits eine gegenüber herkömmlichen Glühfadenlampen deutlich erhöhte Lebensdauer besitzen, andererseits ist der theoretische Energieverbrauch bei wesentlich höherem Widerstandsgrad deutlich geringer.
Während es bei der Neukonzeption von Fahrzeugen ohne Weiteres möglich ist, die elektrische und elektronische Konzeption und insbesondere die Steuergeräte auf den Einsatz von LED entsprechend einzustellen, gibt es eine Vielzahl von Fahrzeugen, die bereits fertig konzeptioniert sind und bei denen während der laufenden Serienfertigung fortschreitend mehr LED eingesetzt werden sollen. Hierbei sind jedoch dann die verwendeten Steuergeräte und generell die Elektronik nicht auf den Einsatz von LED speziell vorbereitet.
Dieses Problem ergibt sich im Speziellen bei Lastkraftwagen, bei denen die Modelllaufzeiten deutlich länger sind als bei Personenkraftwagen.
Aus der DE 10 2004 025 909 A1 ist eine Stromversorgungsanordnung zur Stromversorgung einer Last bekannt, die folgende Merkmale aufweist:

– einen Laststromkreis mit Lastanschlussklemme zum Anschließen der Last an einem Stromeswiderstand,
– eine Stromquellenanordnung mit einer Leistungsstufe, die in dem Laststromkreis geschaltet ist und einer Regelanordnung, die an den Stromeswiderstand gekoppelt ist und die Regelsignal bereitstellt, nach dessen Maßgabe die Leistungsstufe angesteuert ist,
– eine Fehlerdetektionsschaltung, die an dem Strommesswiderstand gekoppelt ist und die ein Statussignal bereitstellt, dass von einem Spannungsabfall über den Stromeswiderstand abhängig ist.

Aus der DE 103 59 196 A1 ist eine Leuchtmittelanordnung und Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Leuchtmittelanordnung mindestens eine Leuchtdiode umfasst mit einem in Serie vorgeschalteten Vorwiderstand, wobei Leuchtdiode und Vorwiderstand über elektrische Anschlüsse mit einer Versorgungsspannung versorgt werden können und ein Gesamtstrom durch die Leuchtmittelanordnung fließt sowie ein mindestens zur der Leuchtdiode oder zu der Leuchtdiode und dem Vorwiderstand parallel geschaltetes Stromflusssimulationsmittel. Hierbei ist die Leuchtmittelanordnung mit einer Auswerte- und Steuereinheit ausgestattet, die zur Überwachung der Versorgungsspannung geeignet ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit weiterhin dazu geeignet ist, das Stromflusssimulationsmittel derart anzusteuern, dass ein vorbestimmter minimal benötigter Gesamtstrom ab dem Unterschreiten eines vorbestimmten Spannungsschwellenwertes bis zum Erreichen einer vorbestimmten minimalen Versorgungsspannung durch die Leuchtmittelanordnung sowie eine Beleuchtungseinrichtung fließt.
Aus der EP 1 410 949 A2 ist eine Beleuchtungseinrichtung insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine mehrere Leuchtdioden umfassende Diodenanordnung besitzt.
Aus der EP 1 458 222 A1 ist eine Lampenfehlerwarnvorrichtung bekannt, die für LED gedacht ist, bei der ein Schalter vorhanden ist, der einen Lastwiderstand parallel zur LED schalten kann.
Aus der EP 2 096 898 A1 ist ein LED-Lichtsystem für Fahrzeuge mit einer Steuer- und Diagnoseeinheit bekannt.
Aus der DE 102 15 486 C1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge bekannt mit einer mindestens eine Leuchtdiode aufweisenden Lampenanordnung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge mit einer mindestens eine Leuchtdiode aufweisenden Lampenanordnung, welche über eine Verbindungsleitung mit einem Steuergerät zur Stromversorgung verbunden ist, wobei der vom Steuergerät zur Lampenanordnung fließende Strom von einer Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät zur Funktionskontrolle der Lampenanordnung gemessen wird. Dabei ist die Beleuchtungseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass

– die Lampenanordnung eine Ausfallkontrollschaltung für die mindestens eine Leuchtdiode und einen Impulserzeuger aufweist, wobei der Impulserzeuger bei Ausfall der mindestens einen Leuchtdiode einen Strom- oder Spannungsimpuls auf der Verbindungsleitung erzeugt,
– der Lampenanordnung ein Vorschaltgerät vorgeschaltet ist, welches in die Verbindungsleitung zwischen dem Steuergerät und der Lampenanordnung geschaltet ist,
– das Vorschaltgerät eine zuschaltbare elektrische Last aufweist, die parallel zur Lampenanordnung schaltbar ist, wobei die Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät zur Funktionskontrolle der Lampenanordnung den Strom in das Vorschaltgerät misst,
– das Vorschaltgerät eine Schaltung zur Detektion des Strom- oder Spannungsimpulses aufweist, wobei bei Detektion des Impulses das Zuschalten der zuschaltbaren Last unterbunden wird.

Aus der DE 196 18 010 C1 ist eine Blinklichtsignalanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, die ebenfalls LED enthalten kann.
Die EP 2 000 358 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Versorgung von Leuchtdioden in einem Anhänger, mit deren Hilfe eine Leuchte auf LED-Basis an einem Anhänger auch dann verwendet werden kann, wenn zugfahrzeugseitig ein Anschluss für Leuchten mit Glühlampen vorgesehen ist.
Im Stand der Technik ist von Nachteil, das System-bedingt LED basierte Leuchten weniger Betriebsstrom als die original am Fahrzeug eingesetzten Glühbirnen benötigen. Die Lampensteuerung erkennt auf Grund des niedrigen Stromverbrauchs der LED-Leuchten einen Lampenfehler und stellt diesen über die Lampenstörung dar. Um diesen Fehlalarm zu vermeiden, werden in den vorgenannten Druckschriften zusätzliche Lasten eingeführt, die den Minderverbrauch der LED-Leuchten ausgleichen. Dies bedeutet aber nichts anderes, als dass einerseits thermische Probleme durch die Einführung dieser Lasten erzeugt werden können und zudem elektrische Energie vergeudet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben von LED in Kraftfahrzeugen zu schaffen, welches eine effiziente kostengünstige Nutzung der LED-Lampen in bestehenden Fahrzeugkonzepten ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe eine Vorrichtung zur Nachrüstung von bestehenden Fahrzeugen zu schaffen, mit der LED-Lampen effektiv ohne Fehlermeldung betrieben werden können.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, thermische Probleme durch das Einschalten eines Vorwiderstands dadurch zu vermeiden, dass über eine Umwandlungsschaltung zwar eine zusätzliche Last simuliert wird, die den Minderverbrauch der LED-Leuchten ausgleicht und insofern dem Steuergerät eine intakte Glühbirne simuliert, so dass eine Kontrolllampe für Lampenstörung nicht aufleuchtet, jedoch die Leistung, die über der LED-Leistung liegt und abgerufen wurde, in das Bordnetz zum Aufladen der Batterie zurückspeist wird. Zu diesem Zweck wird für jede LED-Lampe eine Schaltung vorgesehen, die parallel zur Lampe zwischen Steuergerät und Batterie angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
1: die erfindungsgemäße Schaltung in Reihe zu einer LED-Leuchte zum Zurückspeisen des Stromes in das Bordnetz;
2: die Gesamtschaltung im Fahrzeug;
3: eine Tabelle zeigend die nötige in das Bordnetz zurückzuspeisende Leistung.
Eine erfindungsgemäße Schaltung (1) besitzt einen Gesamtstrommesser 1, der den anliegenden Strom (aktueller Gesamtstrom) und den Soll-Strom vergleicht und einen entsprechenden Stellwert (Differenz-Strom) ermittelt, der einem DC/DC-Boost 3 (Boostconverter, Aufwärtswandler) zugeführt wird, so dass dieser den entsprechenden Mehrstromverbrauch ausgleicht, um gegenüber dem Steuergerät eine anliegenden herkömmliche Lampenlast darzustellen. Die Regelgröße aus dem Lampenstrom dient der Abschaltung des DC/DC Boost 3 im Falle eines Ausfalls oder Teilausfalls der LED-Lampe, so dass in diesem Fall die Warnlampe angeht.
In 2 ist die Gesamtschaltung zu sehen, wobei aus der Gesamtschaltung hervorgeht, dass in der als Powerconverter bezeichneten Vorrichtung die Schaltungen nach 1 für die einzelnen Lampen parallel zu den Lampen angeordnet sind.
Aus der Tabelle gemäß 3 geht hervor, welche Differenzleistung in etwa zurückgespeist wird.
In der Spalte ”nötige Mehrleistung” wird der an einem Testfahrzeug bestimmte Wert dargestellt, der ins Bordnetz zurückgespeist wird.
Der Wert muss nicht die volle Differenz, die durch den Minderverbrauch der LED-Leuchten entsteht, sein, da das Lampensteuergerät eine bestimmte Hysterese hat, die ausgenutzt werden kann, um möglichst wenig Leistung zurückzuspeisen. Aus diesem Grund ist die in der Spalte ”nötige Mehrleistung” genannte Leistung kleiner als die Differenz aus der von der original verbauten Lampe aufgenommenen Leistung und dem Verbrauch der LED-Leuchte.
Anstelle einer Schaltung nach 1 und 2, bei der für jede Lampe eine eigene Schaltung mit DC/DC Boost 3 vorhanden ist, ist es nach der Erfindung auch möglich, dass mehrere Steuergeräteausgänge und damit Lampen über einen DC/DC Boost 3 geführt werden. Hierdurch ist es notwendig, jeden einzelnen Steuergeräteausgang einzeln zu regeln.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die zusätzliche Last nicht als ohmscher Widerstand dargestellt wird und damit vor allem thermische Probleme vermieden werden.
Zudem wird das Energiesparpotential der LED-Lampen durch die Rückspeisung ins Bordnetz im Wesentlichen ausgeschöpft.

Claims

Verfahren zum Betreiben von LED-Leuchten in Kraftfahrzeugen, wobei die LED-Leuchten als Ersatz für herkömmliche Glühlampen eingesetzt werden, wobei zur Vermeidung einer Fehlermeldung aufgrund des niedrigeren Stromverbrauchs der LED-Leuchten eine zusätzliche Last parallel zur LED-Leuchte simuliert wird und die nötige Mehrleistung, die über die simulierte zusätzliche Last läuft, ins Bordnetz zurückgespeist wird, wobei der Strom, der zu einer LED fließt, über einen Strommesser gemessen wird und der Differenzstrom, der notwendig ist, um die Leistung einer Glühlampe zu simulieren, als Stellwert an einen DC/DC-Booster (3) gegeben wird, welcher entsprechend die Mehrlast regelt und an die Batterie abgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Mehrleistung, die über die simulierte Last läuft, ausgehend von der Differenz der Leistung einer Glühbirne und der sie ersetzenden LED-Leuchte so gewählt wird, dass die Gesamtlast, bestehend aus dem Verbrauch der LED-Leuchte und der simulierten Last so hoch ist, dass ein zugeordnetes Lampensteuergerät den ordnungsgemäßen Betrieb einer Glühbirne erkennt.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwischen Lampensteuergerät und LED-Leuchten in Reihe zu den LED-Leuchten angeordnet ist, wobei jeweils ein paralleler Schaltkreis für jede LED-Lampe vorhanden ist, wobei eine Zuleitung zu der Vorrichtung hinter dem Lampensteuergerät und vor den LED-Lampen angeordnet ist und eine Ableitung zur Fahrzeugbatterie führt, sowie ein Masseanschluss vorhanden ist und die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass für jede Lampe im Betrieb der Lampe ein zusätzlicher Differenzstrom, der zwischen dem LED-Lampenstrom und dem Strom einer Glühbirne liegt, parallel zu den LED-Lampen ins Bordnetz zurückspeisbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausgänge eines Lampensteuergeräts über einen DC/DC-Boost (3) geführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausgang des Lampensteuergeräts zu einem separaten DC/DC-Boost (3) geführt wird.