-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Netzes, insbesondere eines HV-Netzes für Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein System zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 7.
-
Hochvolt(HV)-Komponenten müssen beim betrieblichen Abschalten eines Kraftwagens „lastfrei” vom HV-Netz getrennt werden. Dazu ist im Allgemeinen eine hochkomplexe Abschaltsequenz notwendig, die im Entladen des HV-Kreises bzw. HV-Netzes endet. Dabei muss zum Beispiel ein Energiefluss nahe Null eintreten, das Ausblasen einer eventuell vorhandenen Brennstoffzelle beendet sein oder eine Verfügbarkeit der Nebenaggregate für andere Nutzer zunächst beibehalten werden.
-
Demnach müssen für ein betriebliches Abschalten des HV-Systems in einen Kraftwagen alle Informationen von allen beteiligten Systemen/Komponenten berücksichtigt werden, die den Abschaltvorgang beeinflussen. Dabei sind für jede Fahrzeugkonfiguration mit HV-Netzwerk-Parallelhybrid, Brennstoffzelle, Diesel-elektrischer Hybrid usw. -unterschiedliche Abschalt-Kriterien relevant. Demnach sind – abhängig von der Fahrzeugart – unterschiedliche Parameter zur Ansteuerung erforderlich. Das Grundprinzip entspricht jedoch allen Fahrzeugarten: Abschaltanforderung erfassen, HV-Komponenten herunter fahren lassen, HV-Freigabe entziehen und dann HV-Netz zentral abschalten. Im Allgemeinen wird der Abschaltvorgang zentral gesteuert. Die zentrale Steuerung realisiert darüber hinaus auch teilweise gesetzlich geforderte Notabschaltstrategien, die an dieser Stelle nicht betrachtet werden, aber trotzdem mit der Erfindung verträglich sind.
-
Ein wesentliches Problem dabei ist die Beherrschung der Komplexität der Erfordernisse/Abläufe innerhalb der Untersysteme bei der Verwendung einer zentralen Steuerung. Die zentrale Steuerung macht es insbesondere erforderlich, auch eventuelle Querverbindungen aus verschiedenen Systemen und Untersystemen zu kennen, zu verwalten und am Ende die Art der Abhängigkeit auch zu verantworten. Dadurch erschwert sich eine Darstellung eines universell verwendbaren Steuergerätes bzw. einer wieder verwendbaren Funktionsanteils in erheblicher Weise bzw. wird unmöglich.
-
Gegenwärtig ist nur eine zentrale Abschaltkoordination des HV-Netzes durch ein zentrales Steuergerät mit Überwachung von einzelnen Parametern aller beteiligten HV-Komponenten bekannt. Dabei sind die einzelnen Geräte, HV-Komponenten bzw. Hybrid-Systemkomponenten noch sehr ungleichmäßig an die einzelnen Fahrzeughersteller und die jeweilige Fahrzeugumgebung angepasst. Aus diesem Grund wird bei einer Änderung bzw. bei einem funktionellen Austausch einer Komponente jeweils die vollständige Überarbeitung bzw. Änderung einer Software für die Zentralsteuergeräte notwendig, was einen erheblichen zusätzlichen Entwicklungsaufwand bedeutet, da alle für die Erreichung des abschaltbereiten Zustandes erforderlichen Informationen und funktionalen Abläufe zentral vorhanden und bekannt sein müssen. Schließlich bedeuten Änderungen oder Erkenntnisse in untergeordneten Systemen bzw. Komponenten immer auch eine Änderung am Zentralsteuergerät. Da die Komplexität und damit die Entwicklungskosten der zentralen Steuerung sehr hoch sind, müssen diese bei jedem Fahrzeugprojekt, jeder technischen Kombination der HV-Teilnehmer bzw. HV-Komponenten, jede Rahmenbedingung berücksichtigen. Darüber hinaus liegt eine „Verantwortung” – technisch, Freigabe, wirtschaftlich usw. – nicht verursachergerecht bei den entsprechenden Untersystemen und Komponenten.
-
Im Fehlerfall ist keine klare Trennung zwischen Untersystem bzw. Komponenten und einer Zentralsteuerung sichtbar, was wiederum das Risiko einer erhöhten i. O. – Ausbauquote von zentralen Steuerungen und/oder Unterkomponenten beinhaltet.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 198 29 150 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug bekannt, welches wenigstens eine Batterie und wenigstens einen Generator aufweist. Dabei wird eine hierarchische Steuerstruktur eingesetzt, die aus einer übergeordneten Komponente und diesem untergeordneten Komponenten zur Steuerung des wenigstens einen Generators und der wenigstens einen Batterie besteht. Zwischen der übergeordneten und den untergeordneten Komponenten sind vorgegebene Schnittstellen mit vorgegebenen Kommunikationsbeziehungen vorhanden. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten dieser Struktur erfolgt nur zwischen der übergeordneten Komponente und dem dieser zugewiesenen Komponenten im Rahmen fest vorgegebener Kommunikationsbeziehungen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung Ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Netzes insbesondere eines HV-Netzes für Kraftwagen vorzusehen, welches einfacher zu betreiben und in seiner Funktion transparenter ist.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Steuern eines Netzes gelöst, welches die Merkmale des Patenteinspruchs 1 aufweist, sowie eines Systems zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7.
-
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Netzes nutzt dabei ein eine Mehrzahl von Komponenten ansteuerndes Hauptsystem, durch welches ein Steuern, beispielsweise ein Herauf- oder Herunterfahren, des gesamten Netzes veranlasst wird, wenn jeweilige Zustände mehrerer oder aller Komponenten einem vom Hauptsystem vorgegebenen Zustandsmuster entsprechen, sodass der jeweilige Zustand durch die betreffende Komponente selbstständig eingestellt wird. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Untersysteme bzw. Komponenten auf Befehl des zentralen Hauptsystems die notwendigen Änderungen selbstständig durchführt – beispielsweise mit dem Ziel der Erreichung einer Abschaltbereitschaft.
-
Hierzu verarbeiten die jeweiligen Komponenten die für dieses Untersystem relevanten Parameter. Die benötigten Parameter entsprechen komponenteneigenen Parametern, können aber auch Informationen aus einem Funktionsverbund von Komponenten enthalten. Die jeweiligen Komponenten bzw. Untersysteme melden eine Abschaltbereitschaft auf eine einheitliche Art und Weise. Dadurch wird eine modulare Entwicklung unterstützt, bei der pro Fahrzeugkonzept und pro Komponente die jeweilige Funktion entwickelbar und testbar ist, ohne dabei das zentrale Hauptsystem zu beeinflussen. Daher wird in erheblicher Maße die Komplexität der Steuerung im zentralen Hauptsystem reduziert. Ferner werden auch die an das Hauptsystem übermittelten Informationen reduziert sowie die Ressourcen des Hauptsystems geschont.
-
Vorzugsweise entspricht der Zustand der einzelnen Komponenten einem binären Parameter. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn das zentrale Hauptsystem eine Änderung des Zustands, beispielsweise ein betriebliches HV-Abschalten anstößt und pro System/Komponente einen ”Bereitschaftsstatus” zurück erwartet. Eine solche Logik ist im Wesentlichen von den beteiligten Komponenten unabhängig.
-
Danach wird lediglich ein einfacher ja/nein Vergleich der Rückmeldungen notwendig. Sofern beispielsweise ein vom Hauptsystem vorgegebenes Zustandsmuster einem ”Abschalten” entspricht, wird das Abschalten allen Komponenten bekannt gemacht – dadurch erfolgt der Entzug einer HV-Freigabe. Anschließend erst wird eine physikalische Trennung des HV-Netzes vollzogen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform stehen die einzelnen Komponenten und/oder deren Zustände in funktioneller Abhängigkeit zueinander. Auf diese Weise wird eine Verlagerung der „Zuständigkeit bzw. Verantwortung” auf die einzelnen Komponenten von dem Hauptsystem übertragen. Gleichzeitig wird dadurch auch die Menge der zwischen dem Hauptsystem und den Komponenten übermittelten Informationen stark reduziert.
-
Zweckmäßigerweise kommunizieren die einzelnen Komponenten ihren Zustand über eine universelle Datenstelle in einer einheitlichen Art und Weise an das Hauptsystem. Dieses erhöht wesentlich die Transparenz und Nachvollziehbarkeit des Systemverhaltens, beispielsweise in der Entwicklungsphase und bei Fehlerereignissen im Feld aufgrund einer generischen Schnittstelle mit immer gleichem Informationsgehalt. Darüber hinaus vereinfacht es die Integrierbarkeit neuer Komponenten in das HV-Netz. Darüber hinaus ermöglicht eine entsprechend ausgelegt generische Schnittstelle sogar eine Integrierbarkeit neuer Komponenten, ohne Anderungen an der Datenbasis des Hauptsystems vornehmen zu müssen. Es ist sinnvoll, diese generische Datenschnittstelle innerhalb einem für alte HV-Komponenten vergleichbaren Paket bzw. Datenframe abzubilden
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kommunikation der einzelnen Komponenten nicht auf dem(-selben) Netz, das von dem Hauptsystem gesteuert wird. Dadurch können Verfahren aus dem Netzwerkmanagement von CAN-Datennetzwerken in Fahrzeugen – Aufwachen und Einschlafen – auf das HV-Netz mit der Vereinfachung angewandt werden, dass die Kommunikation zwischen den Komponenten und dem Hauptsystem nicht auf einem vom Hauptsystem gesteuerten HV-Netz erfolgt. Daraus ergeben sich dedizierte Zuständigkeiten; ein Datennetz für die Kommunikation; ein HV-Netz für den Energietransport. In einer weiteren Ausführungsform erfolgen die Kommunikation der Komponenten mit dem Hauptsystem sowie die Steuerung der Komponenten über ein und dasselbe HV-Netz.
-
Da gegenwärtig die meisten Fahrzeuge über einen CAN-Bus verfügen eignet sich dieser insbesondere für die Kommunikation der einzelnen Komponenten untereinander bzw. mit dem Hauptsystem. Es sind auch andere gleichberechtigte Datennetze einsetzbar, die die Kommunikation zwischen Komponenten und dem zentralen Steuergerät übernehmen. Einfache HV-Teilnehmer könnten z. B. über LIN angebunden sein; Motorsteuerungen könnten zukünftig aufgrund erhöhter Sicherheitsanforderungen über weiterentwickelte Datentechniken (z. B. ”Flexray”) verfügen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, welches an einer Mehrzahl von Komponenten ansteuerndes Hauptsystem umfasst, durch welches ein Steuern des gesamten Netzes bzw. zumindest eines Netzes veranlasst wird. Ein solches System erlaubt die Prüfbarkeit der Einzelkomponenten ohne den Gesamtverbund und/oder das jeweilige Fahrzeugkonzept darin einzubeziehen. Darüber hinaus lassen sich die Komponenten bzw. das Herunterfahren einzeln testen. Es wird nicht immer das ”Pärchen” Zentralgerät und HV-Komponenten benötigt. bzw. auch für die Testdurchführung nicht ein gesamtes Fahrzeug bzw. einen entsprechend ausgebauten Prüfstand benötigt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Netz als Datennetz mit definierbaren Kommunikationsbereichen eingerichtet. Durch die Verwendung eines besonderen Kommunikationsbereichs (Range-ID) im Datennetz ergibt sich eine weitere Erleichterung aus Sicht des zentralen Hauptsystems. Auf diese Weise können nun Datenpakete ausgetauscht werden, und eine universelle Schnittstelle eingesetzt werden. Auch die Menge der relevanten Teilnehmer kann nun dynamisch variieren, ohne eine Änderung an der Empfangsschnittstelle des Hauptsystems erforderlich zu machen. Auf diese Weise wird eine modulare Entwicklung noch besser unterstützt.
-
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
-
1 schematisch die Struktur einer Vernetzung von HV-Komponenten und des Hauptsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
-
2 schematisch die Struktur einer Vernetzung von HV-Komponenten und des Hauptsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
In 1 ist die schematische Struktur einer Vernetzung von HV-Komponenten K1, K2, K3, ..., KN mit einem Hauptsystem HS zu deren Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist das HV-Netz sternförmig mit den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN verbunden, wie dies mit durchgezogenen Linien gezeigt ist. Die sternförmige Topologie erlaubt den Ausfall einer einzelnen Komponente K1, K2, K3, ..., KN bzw. der Verbindung zwischen einer Komponente K1, K2, K3, ..., KN und dem Hauptsystem HS, ohne dass die weiteren Komponenten K1, K2, K3, ..., KN im Falle eines Defektes einer Komponente K1, K2, K3, ..., KN in Mitleidenschaft gezogen werden. Unabhängig von dem HV-Netz ist zwischen den einzelnen Komponenten HS, K1, K2, K3, ..., KN ein Netzwerk für den Austausch von Informationen untereinander vorgesehen, wie dies mit gestrichelten Linien gezeigt ist. Dieses kann beispielsweise ein herkömmlicher CAN-Bus im Kraftwagen oder ein speziell dafür vorgesehenes Datennetz sein. Ein besonderer Vorteil eines speziellen Datennetzes liegt darin, dass den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN gesonderte IDs zugeordnet werden können. Dieses bedeutet aus Sicht des steuernden Hauptsystems HS eine weitere Erleichterung, da hierdurch die Verwendung einer universellen Schnittstelle möglich wird und darüber hinaus die Menge der relevanten Komponenten K1, K2, K3, ..., KN dynamisch geändert werden kann, ohne dass sich Änderungen an der Empfangsschnittstelle des steuernden Hauptsystems HS ergeben.
-
Im Falle einer Bus-Topologie, wie sie beispielsweise in der 1 zwischen den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN vorliegt, ist das HS Hauptsystem nicht erforderlich, um den funktionalen Datenaustausch der Komponenten K1, K2, K3, ..., KN untereinander zu gewährleisten. Dadurch wird das Hauptsystem HS erheblich entlastet. Selbstverständlich ist es möglich, die Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN auch mit dem Hauptsystem HS vorzusehen – hier gepunktete Linie.
-
Andererseits kann die Kommunikation der einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN und dem Hauptsystem HS auch über die HV-Netz-Verbindung erfolgen, wie dies mit durchgezogenen Linien gezeigt ist. Ein redundantes Kommunikationsnetz zwischen dem Hauptsystem HS und den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN erhöht die Ausfallsicherheit. Durch die Kommunikation der einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN wird jeder einzelnen Komponente K1, K2, K3, ..., KN ermöglicht ihren eigenen Komponenten- bzw. Systemzustand selbst zu steuern und einzunehmen. Dem Hauptsystem HS wird lediglich ein Ergebnis – beispielsweise in Form eines binären Parameters – zugestellt, aufgrund dessen das Hauptsystem HS weitere Schritte zur Steuerung des HV-Netzes einleiten kann – beispielsweise ein Abschalten des gesamten Netzes. Demzufolge würden die einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN dem Hauptsystem signalisieren, dass sie sich in einem Zustand befinden, in dem sie zum Abschalten bereit sind.
-
In 2 wird eine weitere Ausführungsform einer möglichen Netz-Topologie dargestellt. In diesem Fall sind die einzelnen Komponenten K1, K2, K3, KN untereinander vermascht verbunden – gestrichelte Linie. Eine solche Vermaschung kann teilweise zwischen einzelnen Komponenten K1, K2, K3 oder vollständig zwischen ein Komponenten K1, K2, K3, ..., KN vorgenommen werden. Durch die Vermaschung können redundante Verbindungen hergestellt werden, die die Ausfallsicherheit der Verbindungen zwischen einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN weiter erhöhen. Die einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN sind wiederum jeweils über einen HV-Netz-Strang – durchgezogene Linie – mit dem Hauptsystem HS verbunden. Auch hier kann zusätzlich eine weitere Datenleitung – gepunktete Linie – zu Kommunikationszwecken zwischen dem Hauptsystem HS unter den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN vorgesehen werden.
-
Alle weiteren Netzwerk-Topologien können – je nach Bedarf und Anwendung – zur Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten K1, K2, K3, ..., KN und dem Hauptsystem HS konzipiert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
-
- HS
- Hauptsystem
- K1, K2, K3,..., KN
- HV-Komponenten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
