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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine wenigstens von der Batterietemperatur abhängige, variable Bordnetzspannung über einen Generator zur Verfügung gestellt wird.
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Es ist heutzutage bekannt, Bordnetze von Kraftfahrzeugen möglichst so zu betreiben, dass eine optimale Batterieladung ermöglicht wird. Da es nun bekannt ist, dass bei niedrigeren Temperaturen eine bessere Batterieladung dann gewährleistet wird, wenn die vom Generator gelieferte Bordnetzspannung auf ein höheres Niveau gesetzt wird, wurden Betriebsverfahren vorgeschlagen, die entsprechend die Bordnetzspannung wenigstens abhängig von der Batterietemperatur wählen. So kann beispielsweise vorgesehen werden, dass statt den üblichen 14,3 V vom Generator über eine ansteuerbare Schnittstelle bei einer Batterietemperatur von 0°C 15 V geliefert werden.
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Üblicherweise werden jedoch auch weitere Größen durch die Bordnetzsteuergeräte berücksichtigt, so dass sich die tatsächlich eingestellte Bordnetzspannung aus einem Kennfeld ergibt, in dem neben der Batterietemperatur beispielsweise auch die Art der Batterie und der Ladezustand der Batterie berücksichtigt werden können.
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Durch Gasstöße jedoch, insbesondere aus dem Leerlauf, beispielsweise beim Warten vor einer Ampel, kann es bei einem solchen Betriebsverfahren zu Problemen kommen. Das hängt damit zusammen, dass die Zeitkonstante von in einem Generator vorgesehene Induktivitäten meist im Bereich einiger 100 ms liegt. Tritt nun ein plötzlicher Gasstoß auf, also eine plötzliche, kurzfristige Erhöhung der mechanischen Energie, die dem Generator zugeführt wird, kann es aufgrund der Remanenz im Generator zu induktiven Spannungsüberhöhungen im Bordnetz kommen. Diese Spannungsüberhöhungen können in an das Bordnetz angeschlossenen Steuergeräten zu spannungsbedingten Funktionseinschränkungen führen. So können beispielsweise Spannungsspitzen auftreten, die Funktionalitäten beeinträchtigen. Solche Problematiken treten hauptsächlich bei Fahrzeugen mit dynamischen oder spontan ansprechenden Motoren auf, bei denen auch außerhalb des Leerlaufs bei starken Gasstößen derlei Spannungsüberhöhungen im Bordnetz auftreten können.
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Zwar ist bei der Wahl einer niedrigeren Ausgangsspannung des Generators auch der Absolutwert des Spannungspeaks minimiert, jedoch verschlechtert eine permanent niedrigere Spannung die Batterieladung vor allem im Winter.
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Aus der
DE 10 2009 000 051 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines aus zwei Teilbordnetzen bestehenden Bordnetzes bekannt, das in einem Fehlerfall die von einem Generator an ein Teilbordnetz gelieferte Spannung auf einen für Personen ungefährlichen Wert absenkt.
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Ferner ist in der
DE 40 13 619 A1 ein Verfahren zur Verbesserung eines Ladevorgangs einer Batterie in einem Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei eine Generatorspannung in Abhängigkeit der Batterietemperatur um 0 V bis 1,5 V erhöht wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren anzugeben, das bei einer variablen Bordnetzspannung dennoch spannungsüberhöhungsbedingte Funktionsstörungen in an das Bordnetz angeschlossenen Steuergeräten vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
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Der Ansatz, einen Sicherheitsbetriebsmodus zu nutzen, beruht auf der Erkenntnis, dass es sich beim Auftreten solcher Spannungsüberhöhungen, beispielsweise Spielen mit dem Gaspedal an der Ampel, eher um einen Ausnahmefall handelt, der nur bei einem kritischen Fahrerverhalten auftreten kann, so dass auch nur im Fall eines detektierten kritischen Fahrerverhaltens eine Zusatzfunktion zur Überwachung von Erniedrigungskriterien, die im Zweifel zu einer Absenkung der Spannung des Bordnetzes führen, nötig macht. Es wird also, wenn der Sicherheitsbetriebsmodus erst aktiviert ist, ständig eine Überwachung einem das Bordnetz steuernden Steuergerät vorliegender Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs dahingehend vorgenommen, ob ein einzelnes Erniedrigungskriterium erfüllt ist oder gar mehrere Erniedrigungskriterien kumulativ erfüllt sind, was erfindungsgemäß bevorzugt wird. Ist dies der Fall, wird solange, wie die Erniedrigungskriterien erfüllt sind, die Spannung des Bordnetzes auf einen Sicherheitswert erniedrigt, wobei sich gezeigt hat, dass beispielsweise bei einem Wert von 13,8 V die Höhe auftretender Spannungspulse soweit mit abgesenkt wird, dass Funktionsstörungen praktisch nicht mehr auftreten können.
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Es ist ferner vorgesehen, dass als ein Erniedrigungskriterium eine einen einen Leerlaufbereich beschreibenden Drehzahlschwellwert, insbesondere 900 bis 1100 rpm, bevorzugt 1000 rpm, überschreitende Motordrehzahl und/oder die Tatsache, dass kein Gang eingelegt ist, verwendet wird. Hierbei wird die erste Variante, die mit einem Schwellwert für die Drehzahl, insbesondere einem Drehzahlschwellwert von 1000 rpm, arbeitet, besonders bei höher motorisierten Fahrzeugen bevorzugt, da dort eine Spannungsüberhöhung auch dann auftreten kann, wenn ein Gang eingelegt ist. Dies gilt insbesondere für hochmotorisierte Fahrzeuge. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass als ein Erniedrigungskriterium eine einen Temperaturschwellwert, insbesondere 0°C, unterschreitende Batterietemperatur verwendet wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass als ein Erniedrigungskriterium ein einen Stromschwellwert von 25 bis 35 A, bevorzugt 30 A, unterschreitender Bordnetzstrom verwendet wird. Eine Berücksichtigung der Batterietemperatur ist von daher vorteilhaft, da bei niedrigen Temperaturen ein hoher Innenwiderstand der Batterie vorliegt und so überschüssige elektrische Energie bei niedrigen Temperaturen nicht unbedingt dort aufgenommen werden kann, während bei höheren Temperaturen, beispielsweise im Sommer, die Batterie durchaus Spannungsüberhöhungen gegebenenfalls alleine aufnehmen kann. Über dem Bordnetzstrom wird auch die Auslastung des Bordnetzes über andere Verbraucher beachtet. Sind beispielsweise Verbraucher aktiv, die ohnehin eine hohe elektrische Energie aus dem Bordnetz abziehen, beispielsweise eine Sitzheizung oder dergleichen, wird die Spannungsüberhöhung gegebenenfalls durch derartige Verbraucher bereits abgefangen, so dass auch ein niedriger Bordnetzstrom neben einer niedrigen Batterietemperatur zweckmäßig als ein Erniedrigungskriterium eingesetzt werden kann.
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Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass sowohl eine Drehzahl im leerlaufnahem Bereich, eine niedrige Batterietemperatur und ein niedriger Bordnetzstrom kumulativ als Erniedrigungskriterien erfüllt sein müssen, um eine Erniedrigung der vom Generator zur Verfügung gestellten Bordnetzspannung auf den Sicherheitswert zu erlauben. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass bei aktivem Sicherheitsbetriebsmodus überwacht wird, ob die Batterietemperatur kleiner als 0°C ist, der Bordnetzstrom kleiner als 30 A ist und die Drehzahl kleiner als 1000 Umdrehungen pro Minute ist. Nur wenn diese drei Anregungskriterien gleichzeitig erfüllt sind, wird die Bordnetzspannung auf den Sicherheitswert, beispielsweise auf 13,8 V, gesetzt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei vorgesehen sein, dass als Umschaltkriterium eine einen Spannungsschwellwert, insbesondere 15 bis 15,2 V, bevorzugt 15,1 V, für eine vorbestimmte Zeit, insbesondere 200 bis 400 ms, bevorzugt 300 ms, überschreitende Spannung des Bordnetzes verwendet wird. Es hat sich nämlich bei Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass der erste auftretende Spannungspuls in einer Reihe von Spannungspulsen meist noch keinen für die Steuergeräte kritischen Maximalwert aufweist, sondern dieser erst nach einem oder mehreren derartigen Spannungspulsen erreicht wird. Nachdem die erste Spannungsüberhöhung daher im allgemeinen nicht kritisch ist, kann sie als ein kritisches Verhalten des Fahrers anzeigendes Kriterium, also als Umschaltkriterium, verwendet werden, um den Sicherheitsbetriebsmodus zu aktivieren und die Überwachung des wenigstens einen Erniedrigungskriteriums zu beginnen. Wird also eine Spannungsüberhöhung für eine bestimmte Zeit erkannt, beispielsweise also Bordnetzspannungen von 15,1 V oder höher für 300 ms, so wird der Sicherheitsbetriebsmodus aktiviert und kann beispielsweise für den gesamten aktuellen Fahrzyklus aktiv bleiben.
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Damit hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass bei einer „normalen” Fahrweise, also wenn kein Umschaltkriterium festgestellt wird, permanent eine optimale Batterieladung ermöglicht wird und zur Verfügung steht. Wird jedoch eine „kritische” Fahrweise festgestellt, treten auch nur temporäre Defizite in der Batterieladung dann auf, wenn zusätzliche Bedingungen, nämlich die Erniedrigungskriterien, erfüllt sind. Liegt nämlich das wenigstens eine Erniedrigungskriterium nicht vor, so wird auch bei „kritischer” Fahrweise die Batterie optimal geladen. Bleibt der Sicherheitsbetriebsmodus nur für eine bestimmte Zeit, beispielsweise den aktuellen Fahrzyklus, aktiv, so liegt der weitere Vorteil vor, dass die aktuelle Fahrweise, sozusagen also die „Tagesform” des Fahrers, im Hinblick auf die Batterieladung optimal berücksichtigt werden kann.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Bordnetzspannung bei Nichterfüllung des Erniedrigungskriteriums oder eines der Erniedrigungskriterien wieder auf die wenigstens von der Batterietemperatur abhängige, variable Bordnetzspannung erhöht wird. Nur solange das eine beziehungsweise die mehreren Erniedrigungskriterien alle erfüllt sind, wird mithin, um Fehlfunktionen angeschlossener Steuergeräte zu vermeiden, auf eine kein optimales Laden ermöglichende Bordnetzspannung, nämlich den Sicherheitswert, umgeschaltet. Sobald der „Gefahrenbereich” wieder verlassen wird, kann wieder die übliche Regelung der Bordnetzspannung, die ein optimales Laden der Batterie ermöglicht, genutzt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Sicherheitsbetriebmodus zum Ende der aktuellen Fahrt, insbesondere bis zum nächsten Abschalten des Motors, und/oder für eine vorbestimmte Zeitspanne beibehalten wird. Dabei wird bevorzugt, dass der Sicherheitsbetriebsmodus zum Ende der aktuellen Fahrt erst beendet wird, da dann sozusagen auf die „Tagesform” eines aktuellen Fahrers abgestellt werden kann, die sich selbstverständlich auch zwischen einzelnen Fahrten ändern kann. Insbesondere steht dann, wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise von mehreren Fahrern benutzt wird, einem weniger kritisch fahrenden Fahrer wieder der optimale Ladezyklus für die Batterie zur Verfügung, ohne dass es zu einer Erniedrigung der Bordnetzspannung auf den Sicherheitswert kommt. Denkbar ist es selbstverständlich auch, dass der Modus für eine vorbestimmte Zeitspanne beibehalten wird, beispielsweise für eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem letzten Auftreten einer fahrerinduzierten Spannungsüberhöhung. Beispielsweise kann dann für 30 Minuten der Sicherheitsbetriebsmodus aktiv sein, bevor er wieder deaktiviert wird.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, umfassend ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Steuergerät. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass mittels des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ebenso eine adaptive Anpassung auf die aktuelle Fahrweise des Fahrers dahingehend erfolgen kann, dass sowohl Funktionsstörungen von an das Bordnetz angeschlossenen Steuergeräten vermieden als auch dennoch weitgehend eine optimale Batterieladung ermöglicht wird.
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Dies wird durch die spezielle Ausbildung des Steuergerätes erreicht, welches zur Aktivierung eines Sicherheitsbetriebsmodus bei Eintritt wenigstens eines die Gefahr auftretender Spannungsspitzen anzeigenden Umschaltkriteriums ausgebildet ist, wobei es zudem in dem Sicherheitsbetriebsmodus bei Eintritt wenigstens eines Erniedrigungskriteriums zur Erniedrigung der Spannung des Bordnetzes auf ein Sicherheitswert ausgebildet ist. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Schnittstelle eines Generators des Bordnetzes durch das Steuergerät angesteuert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
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2 eine Spannungsüberhöhung in der Bordnetzspannung, und
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3 den Verlauf verschiedener Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. Es umfasst ein bei 2 im konkreten Leitungsverlauf lediglich angedeutetes Bordnetz mit einer Batterie 3 und einem Generator 4. An das Bordnetz 2 sind verschiedene Verbraucher 5 angeschlossen, insbesondere auch Steuergeräte. Gesteuert wird der Betrieb des Bordnetzes 2 durch ein dediziertes Steuergerät 6, welches auch eine Schnittstelle 7, über die der Generator 4 an das Bordnetz 2 angebunden ist, ansteuern kann.
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Das Steuergerät 6 stellt die Bordnetzspannung, die der Generator 4 an das Bordnetz 2 liefert, im vorliegenden Falle variabel in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, dem Batterietyp und dem Batterieladezustand sowie gegebenenfalls weiterer Betriebsparameter ein, um so ein optimales Aufladen der Batterie 3 zu ermöglichen.
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Jedoch kann das Steuergerät 6 auch in einem Sicherheitsbetriebsmodus betrieben werden, der dann aktiviert wird, wenn ein Umschaltkriterium eintritt. Im vorliegenden Fall wird der Sicherheitsbetriebsmodus dann aktiviert, wenn die Bordnetzspannung für 300 ms einen Wert von 15,1 V überschreitet. Tritt also das erste Mal während einer Fahrt eine derartige Spannungsüberhöhung auf, wird der Sicherheitsbetriebsmodus aktiviert und bleibt es bis zum nächsten Abschalten des Motors.
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Ein derartiger Spannungspuls 8 ist im Graphen der 2 beispielhaft dargestellt, in dem die Bordnetzspannung U gegen die Zeit t aufgetragen ist. Ersichtlich liegt dabei für eine Zeit von 415 ms, also länger als 300 ms, eine Spannung vor, die höher als 15,1 V ist. Dann wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Sicherheitsbetriebsmodus in diesem Ausführungsbeispiel bis zum Ende der aktuellen Fahrt, also für diesen Fahrzyklus, aktiviert.
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Ist der Sicherheitsbetriebsmodus aktiviert, werden drei Erniedrigungskriterien auf kumulatives Vorliegen überprüft. Zum einen wird überwacht, ob die Batterietemperatur kleiner als 0°C ist, weiter wird überwacht, ob der Bordnetzstrom kleiner als 30 A ist und schließlich wird überwacht, ob die Motordrehzahl in einem Leerlaufbereich liegt, hier einen Drehzahlschwellwert von 1000/min (1000 rpm) überschreitet. Dies wird durch 3 näher erläutert. 3 zeigt in Form eines Doppelgraphen als durchgezogene Kurve den Bordnetzstrom I gegen die Zeit t und als gestrichelte Kurve die Drehzahl n ebenso gegen die Zeit t. Es wird bei den folgenden Betrachtungen davon ausgegangen, dass die Batterietemperatur unter 0°C liegt.
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Ersichtlich liegt in einem Zeitintervall I zwar die Drehzahl unterhalb des Schwellwerts von 1000 rpm, jedoch liegt der Bordnetzstrom oberhalb von 30 A, so dass die übliche variable Bordnetzspannung zur optimalen Batterieladung durch das Steuergerät 6 eingestellt wird. Zum Zeitpunkt 9 jedoch sinkt auch der Bordnetzstrom unter den Stromschwellwert von 30 A, so dass nun alle drei Signalwerte (Betriebsparameter) ihre jeweiligen Erniedrigungskriterien erfüllen. Zu diesem Zeitpunkt wird nun die Bordnetzspannung durch entsprechende Ansteuerung der Schnittstelle 7 auf einen Sicherheitswert von 13.8 V reduziert, so dass selbst bei Spannungsüberhöhungen, welche beispielsweise durch Spielen mit dem Gaspedal auftreten können, keine Gefährdung der Funktionalität der Steuergeräte unter den sonstigen Verbrauchern 5 auftritt.
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Zum Zeitpunkt 10 überschreitet die Drehzahl den Drehzahlschwellwert von 1000 rpm, so dass dieses Erniedrigungskriterium nun nicht mehr erfüllt ist.
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Zu diesem Zeitpunkt 10 wird wieder auf die normale variable, für die Batterieladung optimale Regelung der Bordnetzspannung durch das Steuergerät 6 zurückgegriffen. Nur im Zeitintervall II ist demnach zur Sicherheit eine Erniedrigung der Bordnetzspannung auf dem Sicherheitswert notwendig, in den Zeitintervallen I und III kann die normale Regelung anhand von der Batterietemperatur, der Art der Batterie und dem Ladezustand der Batterie sowie gegebenenfalls weiterer Betriebsparameter verwendet werden, so dass eine optimale Ladung der Batterie 3 möglich ist.
