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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konfiguration einer Stromverteilervorrichtung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs. Die Stromverteilervorrichtung umfasst ein oder mehrere steuerbare Schaltelemente, eine Steuervorrichtung und ein oder mehrere Messeinrichtungen. Jedes der Schaltelemente ist zwischen einem Spannungsversorgungseingang der Stromverteilervorrichtung und einem jeweils zugeordneten Ausgang der Stromverteilervorrichtung angeordnet, wodurch ein jeweiliger, durch eine zugeordnete Messeinrichtung überwachbarer Lastpfad der Stromverteilervorrichtung bereitgestellt ist.
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Eine Stromverteilervorrichtung, welche steuerbare Schaltelemente, wie z. B. Halbleiterschaltelemente oder Relais, verwendet, soll in Zukunft anstelle einer Stromverteilervorrichtung mit Schmelzsicherungen in Fahrzeugen eingesetzt werden. Wie bei einer herkömmlichen Stromverteilervorrichtung mit Schmelzsicherungen (auch als Sicherungskasten bekannt), soll mit einem jeweiligen Schaltelement ein Lastpfad, der mit einem Energieverbraucher verbunden ist, gegen zu hohe Ströme abgesichert werden. Während eine Schmelzsicherung in einem Fehlerfall, der einen Strom über dem Sicherungswert der Schmelzsicherung hervorruft, schmilzt und damit den Lastpfad irreversibel auftrennt, wird das steuerbare Schaltelement in einem Fehlerfall geöffnet, um ebenfalls den Lastpfad aufzutrennen. Der Fehlerfall wird durch eine permanente Strommessung festgestellt. Die für die Strommessung erforderliche Messeinrichtung kann in das Schaltelement integriert sein. Ist der Fehlerfall, z. B. ein Kurzschluss, behoben, so muss die defekte Schmelzsicherung ausgetauscht werden. Das Schaltelement kann demgegenüber unter Vermittlung einer Steuervorrichtung wieder geschlossen werden.
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Dadurch, dass Schmelzsicherungen ausgetauscht werden können müssen, muss die Stromverteilervorrichtung, unabhängig von ihrer Größe, in einem Fahrzeug an einer zugänglichen Stelle angeordnet sein. Demgegenüber können Stromverteilervorrichtungen mit steuerbaren Schaltelementen an beliebigen, auch nicht zugänglichen Stellen, im Fahrzeug angeordnet werden.
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Bei beiden Konzepten besteht eine feste Zuordnung eines Lastpfades zu einem Energieverbraucher. Diese Zuordnung wird bei der Entwicklung der Stromverteilervorrichtung bereits vorgenommen und ist später nicht mehr veränderbar. Bei einer herkömmlichen Stromverteilervorrichtung mit Schmelzsicherungen ist dies darin begründet, dass jeder Lastpfad bzw. jeder Energieverbraucher einen zugeordneten Maximalstromwert aufweist, dem durch die passende Schmelzsicherung Rechnung getragen wird. In ähnlicher Weise wird bei einer Stromverteilervorrichtung mit steuerbaren Schaltelementen für jeden Lastpfad entsprechend dem mit dem Lastpfad verbundenen Energieverbraucher ein maximal erlaubter Strom hinterlegt, der mit dem tatsächlich in dem Lastpfad fließenden Strom verglichen wird. Sobald der maximal erlaubte Strom überschritten wird, wird dann das Schaltelement sperrend geschaltet (d. h. geöffnet).
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Stromverteilervorrichtungen werden für jeden Fahrzeugtyp spezifisch entwickelt, da sich die Anzahl der Lastpfade häufig signifikant unterscheidet. So sind in einem Kleinwagen mit geringem Ausstattungsumfang in der Regel weniger Lastpfade erforderlich als in einer Luxuslimousine mit vielfältigen elektrischen Komponenten. Sowohl die Entwicklung als auch die Fertigung und die Lagerhaltung unterschiedlicher Stromverteilervorrichtungen ziehen hohe Kosten nach sich.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromverteilervorrichtung mit geringeren Kosten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Konfiguration einer Stromverteilervorrichtung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs vor, wobei die Stromverteilervorrichtung ein oder mehrere steuerbare Schaltelemente, eine Steuervorrichtung und ein oder mehrere Messeinrichtungen umfasst, wobei jedes der Schaltelemente zwischen einem Spannungsversorgungseingang der Stromverteilervorrichtung und einem jeweils zugeordneten Ausgang der Stromverteilervorrichtung angeordnet ist, wodurch ein jeweiliger, durch eine zugeordnete Messeinrichtung überwachbarer Lastpfad der Stromverteilervorrichtung bereitgestellt ist. Die Stromverteilervorrichtung entspricht insoweit einer prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannten Stromverteilervorrichtung mit steuerbaren Schaltelementen in Gestalt von Relais oder Halbleiterschaltelementen.
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In einem ersten Schritt (a)) wird bei sperrend geschalteten Schaltelementen zumindest einer der Ausgänge mit einem Energieverbraucher verbunden und der Spannungsversorgungseingang der Stromverteilervorrichtung wird mit einer Versorgungspannung beaufschlagt. In der vorliegenden Beschreibung ist der Begriff des Energieverbrauchers weit zu verstehen. Unter diesem ist eine einzelne Last zu verstehen. Unter diesem ist eine Lastgruppe, bestehend aus zumindest zwei Lasten, zu verstehen. Unter diesem ist eine Quelle, d. h. eine Komponente, welche zumindest zeitweise Strom in das Bordnetz einspeist, zu verstehen.
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In einem zweiten Schritt (b)) erfolgt eine Pfadzuordnung, indem jeder Lastpfad durch die Steuervorrichtung durch das Leitendschalten des betreffenden Schaltelements aktiviert wird, so dass der mit dem Ausgang des Lastpfads verbundene Energieverbraucher mit Spannung versorgt wird und er seine Adresse an eine übergeordnete Energiesteuervorrichtung senden kann. Der Energieverbraucher verfügt hierzu über eine Steuer- und/oder Kommunikationsvorrichtung. Diese kann integraler Bestandteil des Energieverbrauchers sein. Die Steuer- und/oder Kommunikationsvorrichtung kann auch eine von dem Energieverbraucher unterschiedliche Komponente sein, welche dem Energieverbraucher zugeordnet ist. Die Energiesteuervorrichtung kann eine übergeordnete Komponente sein, welche zusätzlich zu der Stromversorgungsvorrichtung vorhanden ist. Die Funktionalität der Energiesteuervorrichtung kann z. B. in einem zentralen Steuergerät des Fahrzeugs integriert sein. Die Energiesteuervorrichtung kann auch durch ein eigenes Steuergerät realisiert sein, welche unabhängig von der Energieversorgung der Energieverbraucher über die Stromverteilervorrichtung mit Energie versorgt ist.
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In einem dritten Schritt (c)) erfolgt eine Parametrierung, indem die mit Spannung versorgten Energieverbraucher ihre elektrischen Parameter an die Energiesteuervorrichtung übertragen. Die Parameter umfassen z. B. einen Nennstrom, eine Nennspannung, einen Spitzenstrom, eine Spitzenspannung und einen Dynamikbedarf. Die Parameter können auch nur eine Teilmenge der explizit aufgeführten Parameter umfassen. Die Parameter können auch weitere elektrische Parameter umfassen. Allgemein sind unter den elektrischen Parametern solche Parameter zu verstehen, welche den Energieverbraucher im Hinblick auf seinen statischen und/oder dynamischen Stromverbrauch und den dazugehörigen Spannungsverlauf charakterisieren.
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In einem vierten Schritt (d)) speichert die Energiesteuervorrichtung die elektrischen Parameter des oder der Energieverbraucher, um diese als Steuerparameter für die den Energieverbrauchern bzw. Lastpfaden zugeordneten Schaltelemente zu verarbeiten. Die Steuerparameter stellen Abschaltschwellen einer Sicherungsfunktion dar.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren braucht keine Beziehung zwischen einem Lastpfad und einem Energieverbraucher vorgegeben werden. Vielmehr erfolgt die Zuordnung zwischen einem Lastpfad und einem Energieverbraucher erst im Fahrzeug nach dem Anschließen der Energieverbraucher an jeweilige Lastpfade. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird somit eine nicht konfigurierte Stromverteilervorrichtung in das Fahrzeug eingebaut. Die Konfiguration erfolgt dann mit den oben beschriebenen Schritten. Beim Anschluss der Energieverbraucher an die Ausgänge der Stromverteilervorrichtung braucht keine Rücksicht darauf genommen werden, welcher Energieverbraucher an welchen Ausgang angeschlossen wird. Dies erleichtert und beschleunigt die Montage bei der Herstellung des Fahrzeugs. Hierdurch ergibt sich eine Kostenminimierung.
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Das Verfahren ermöglicht somit eine adaptive Konfiguration der Stromverteilervorrichtung. Dies ermöglicht es, für eine Vielzahl an unterschiedlichen Fahrzeugvorrichtungen, eine einzige Stromverteilervorrichtung zu verwenden, da sich diese in der für den Fahrzeugtyp gewünschten Weise selbst adaptiert. Hierdurch ergibt sich eine Kostenminimierung, da nur eine Komponente produziert, gelagert und verbaut werden muss.
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Das Problem einer von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp unterschiedlichen Anzahl an Lastpfaden kann durch das Vorsehen einer Mehrzahl an gleichen Stromverteilervorrichtungen in einem Fahrzeug gelöst werden. Eine Stromverteilervorrichtung weist beispielsweise eine Anzahl an Lastpfaden auf, welche in einem Fahrzeugtyp mit der geringsten Anzahl an abzusichernden Lastpfaden benötigt wird. In einem Fahrzeug mit einer im Vergleich größeren Anzahl an abzusichernden Lastpfaden werden dann zwei oder mehr dieser Stromverteilervorrichtungen verbaut. Es versteht sich, dass die Anzahl der Lastpfade einer Stromverteilervorrichtung auch so bemessen werden kann, dass in dem Fahrzeugtyp mit der geringsten Anzahl an abzusichernden Lastpfaden bereits mehrere Stromverteilervorrichtungen verbaut werden können.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist bei der Pfadzuordnung (Schritt b) zu jedem Zeitpunkt nur ein Schaltelement der Stromverteilervorrichtung leitend geschaltet. In dieser Ausgestaltung können die Schritte b) bis d) aufeinanderfolgend für jeden Lastpfad durchgeführt und für die Anzahl an Lastpfaden wiederholt werden.
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In einer anderen Ausgestaltung können bei der Pfadzuordnung (Schritt b)) alle Schaltelemente der Stromverteilervorrichtung gleichzeitig leitend geschaltet werden. Eine Pfadzuordnung erfolgt durch eine sequentielle Datenkommunikation der Energieverbraucher und ein Strommuster mit der Energiesteuervorrichtung. Bei der sequentiellen Datenkommunikation wird nur einer der Energieverbraucher aktiviert, während die anderen passiv bleiben. Passive Energieverbraucher beziehen z. B. einen konstanten Strom bekannter Höhe, während der aktive Energieverbraucher einen im Vergleich höheren (oder niedrigeren) Strom vorgegebener Höhe bezieht. Der Strom kann jeweils durch die Messeinrichtung detektiert werden. Alternativ kann der aktive Energieverbraucher einen variablen Strom beziehen, was dann ebenfalls durch die dem Schaltelement des Lastpfades zugeordnete Messeinrichtung detektiert werden kann.
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Die den Energieverbrauchern in Schritt d) zugeordneten elektrischen Parameter können in einer Matrix gespeichert werden, wobei die Matrix zur Steuerung der Lastpfade um weitere Parameter erweitert werden kann, wobei die elektrischen Parameter und die weiteren Parameter als Steuerparameter durch die Steuervorrichtung verarbeitet werden. Durch den weiteren Parameter kann festgelegt werden, ob der Lastpfad an- oder ausgeschaltet werden soll. Durch den weiteren Parameter kann festgelegt werden, ob der Lastpfad verzögert an- oder ausgeschaltet werden soll. Durch den weiteren Parameter kann festgelegt werden, ob für den Lastpfad eine Diagnose durch die Steuervorrichtung durchgeführt werden soll oder nicht.
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Als weiterer Parameter kann ein Zustand des Fahrzeugs gespeichert werden. Als weitere Parameter kann ein Effizienzmodus des Fahrzeugs gespeichert werden. Allgemein sind alle denkbaren Eigenschaften, welche die Steuerung des Schaltelements eines Lastpfads beeinflussen können, als weitere Parameter verwendbar. Es können mehrere der genannten Parameter als weitere Parameter gespeichert werden.
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Lastpfade, für welchen bei der Pfadzuordnung kein Energieverbraucher ermittelt werden konnte, können durch das sperrend Schalten des dem Lastpfad zugeordneten Schaltelements deaktiviert werden. Dies ermöglicht es, Ausgänge der Stromverteilervorrichtung in beliebiger Weise zu belegen (d. h. einen Energieverbraucher anzuschließen) oder frei zu lassen (d. h. mit keinem Energieverbraucher zu verbinden).
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In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt eine Diagnose eines oder mehrerer Lastpfade, indem von der zugeordneten Messeinrichtung erfasste Spannungen über dem und/oder Ströme über das Schaltelement ausgewertet werden. Hierdurch können in der Stromverteilervorrichtung oder allgemein dem Bordnetz auftretende Fehler einfach ermittelt werden.
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Der oder die einem Lastpfad zugeordneten Steuerparameter können für den betreffenden Lastpfad bei einem während der Diagnose detektierten Defekt derart abgeändert werden, dass das dem Lastpfad zugeordnete Schaltelement sperrend geschaltet wird. Dies kann auch für einen Servicefall genutzt werden. In Diagnosefällen erfolgt üblicherweise eine Abschaltung im Fehlerfall, während im Servicefall eine explizite Ansteuerung mit einem sog. Servicetester denkbar ist.
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Die vorgenannten Schritte können sequentiell für zumindest zwei Stromverteilervorrichtungen durchgeführt werden. Dies wird beispielsweise dann durchgeführt, wenn in ein Fahrzeug mehrere der oben beschriebenen Stromverteilervorrichtungen verbaut sind.
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Zusammenfassend wird somit vorgeschlagen, eine Stromverteilervorrichtung, die steuerbare Schaltelemente und eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Schaltelemente in Abhängigkeit von messtechnisch ermittelten elektrischen Parametern der Schaltelemente umfasst, adaptiv zu konfigurieren und die während der Konfiguration ermittelten Steuerparameter als Schwell- oder Grenzwerte für die Steuerung der Schaltelemente zu verwenden. Dies erlaubt es die Stromverteilervorrichtung als Gleichbauteil, unabhängig von einem Fahrzeugtyp, einzusetzen. Das Verfahren erlaubt Systemanalysen in Fertigung und Vertrieb, z. B. anhand der Bestimmung eines individuellen Strombedarfs durch das Einschalten bestimmter Lastpfade und deren funktionalem Strombedarf.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Stromverteilervorrichtung für ein Bordnetz eines Fahrzeugs,
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2 eine schematische Darstellung der Verschaltung einer Mehrzahl an in einem Bordnetz eines Fahrzeugs verschalteten Stromverteilervorrichtungen,
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3 eine Matrix zur Steuerung der in einer Stromverteilervorrichtung enthaltenen Schaltelemente, und
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4 eine erweiterte Matrix zur Steuerung der in einer Stromverteilervorrichtung enthaltenen Schaltelemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromverteilervorrichtung SVi für ein Energieversorgungsnetzwerk 1 eines Fahrzeugs. Das Energieversorgungsnetzwerk wird nachfolgend als Bordnetz 1 bezeichnet. Das Bordnetz 1 kann wahlweise eine oder mehrere der in 1 gezeigten Stromverteilervorrichtungen aufweisen. Der Suffix „i” der Stromverteilervorrichtung und ihrer nachfolgend näher beschriebenen Komponenten steht somit allgemein für die „i-te” Stromverteilervorrichtung. Ist nur eine Stromverteilervorrichtung in einem Bordnetz vorgesehen ist i = 1, sind mehrere Stromverteilervorrichtungen in einem Bordnetz vorgesehen ist i = 1 ... m (vgl. 2).
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Die Stromverteilervorrichtung SVi in 1 weist einen Spannungsversorgungseingang (Eingang) Ei (i = 1 ... m, wobei m > 1 ist bei mehreren Spannungsverteilervorrichtungen SVi) auf. Der Spannungsversorgungseingang Ei ist mit einem (oder mehreren) nicht näher dargestellten Energiespeicher des Fahrzeugs verbunden. An dem Spannungsversorgungseingang Ei liegt eine Versorgungsspannung Vcc an. Die an den Spannungsversorgungseingang Ei angeschlossenen Leitungen und Komponenten werden als Primärseite 10 des Bordnetzes 1 bezeichnet.
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Die Stromverteilervorrichtung SVi weist ferner mehrere Ausgänge Ai.1, Ai.2, ..., Ai.n auf. Die Mehrzahl der Ausgänge Ai.1, Ai.2, ..., Ai.n wird nachfolgend als Ai.k bezeichnet, wobei k = 1 ... n ist. Mit jedem der Ausgänge Ai.k ist ein Energieverbraucher Vi.k (k = 1 ... n) verbunden. Der Energieverbraucher Vi.k kann eine einzelne Last sein. Der Energieverbraucher Vi.n kann auch eine Lastgruppe, bestehend aus zumindest zwei Lasten, sein. Der Energieverbraucher Vi.n kann eine Quelle, d. h. eine Komponente, welche zumindest zeitweise Strom in das Bordnetz einspeist, sein. Jeder Energieverbraucher Vi.k weist entsprechend seiner Funktion unterschiedliche elektrische Parameter (Nennstrom, Nennspannung, Spitzenstrom, Spitzenspannung und Dynamikbedarf) auf. Die an die Spannungsversorgungsausgänge Ai.k angeschlossenen Leitungen und Komponenten werden als Sekundärseite 20 des Bordnetzes 1 bezeichnet.
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Jeder der Ausgänge Ai.k ist ferner über ein steuerbares Schaltelement Si.k (k = 1 ... n) mit dem Eingang Ei verbunden, wodurch in der Stromverteilervorrichtung SVi ein jeweiliger Lastpfad Pi.k (k = 1 ... n) bereitgestellt ist. Die Anzahl der Lastpfade Pi.k entspricht damit der Anzahl der Ausgänge Ai.k. Die Energieverbraucher Vi.k sind Bestandteil des Lastpfades Pi.k, an dessen zugeordneten Ausgang Ai.k sie angeschlossen sind. Die Energieverbraucher Vi.k werden bei leitend geschalteten Schaltelementen Si.k mit Spannung beaufschlagt. Bei sperrend geschalteten Schaltelementen Si.k sind die Energieverbraucher Vi.k nicht mit Spannung beaufschlagt. Über die Steuerung der Schaltelemente Si.k wird somit die Funktion einer Schmelzsicherung nachgebildet.
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Der durch einen jeweiligen Lastpfad Pi.k fließende Strom sowie die zwischen dem Eingang Ei und den jeweiligen Ausgängen Ai.k anliegende Spannung kann mittels den jeweiligen Lastpfaden Pi.k zugeordneten Messeinrichtungen Mi.k (k = 1 ... n) erfasst werden. Die Messeinrichtungen Mi.k können integraler Bestandteil der Schaltelemente Si.k sein. Die Messeinrichtungen Mi.k können von den Schaltelementen Si.k getrennte Komponenten sein. Die Schaltelemente Si.k sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente, bei denen die Messeinrichtungen integrierbar sind. Die Schaltelemente Si.k können auch Relais sein.
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Die Stromverteilervorrichtung SVi umfasst ferner eine Steuer- und/oder Kommunikationsvorrichtung C_SVi (kurz: Steuervorrichtung). Gleichfalls umfassen die Energieverbraucher Vi.k jeweils eine Steuer- und/oder Kommunikationsvorrichtung C_Vi (kurz: Steuervorrichtung). Die Steuervorrichtungen C_SVi, C_Vi.k sind über ein Kommunikationsnetzwerk (z. B. einen Datenbus) mit einer in 1 nicht dargestellten Energiesteuervorrichtung EMS verbunden. Über das Kommunikationsnetzwerk können die Steuervorrichtungen C_SVi, C_Vi.k untereinander und mit der Energiesteuervorrichtung EMS Daten austauschen. Die Energiesteuervorrichtung kann Bestandteil der Stromverteilervorrichtung SVi sein, muss es aber nicht.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Verschaltung einer Mehrzahl an in einem Bordnetz 1 eines Fahrzeugs verschalteten Stromverteilervorrichtungen SV1, ..., SVm (allgemein: SVi). Beispielhaft sind zwei Stromverteilervorrichtungen SVi dargestellt, deren in 1 dargestellte Details der Übersicht halber nicht dargestellt sind. Gut zu erkennen ist demgegenüber das bereits erwähnte Kommunikationsnetzwerk 30, das die Steuervorrichtungen C_SVi, C_Vi.k und die Energiesteuervorrichtung EMS miteinander verbindet.
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Die Stromverteilervorrichtungen SVi zeichnen sich dadurch aus, dass keine vorab (d. h. vor dem Anschluss der Energieverbrauchern Vi.k) vorgenommene Zuweisung bezüglich der an ihren jeweiligen Ausgängen Ai.k angeschlossenen oder anzuschließenden Energieverbrauchern Vi.k erforderlich ist. Vielmehr erfolgt eine adaptive Konfiguration der Stromverteilervorrichtungen SVi nach dem Anschluss eines oder mehrerer oder aller Energieverbraucher Vi.k an beliebige der Ausgänge Ai.k. Nach der adaptiven Konfiguration ist sichergestellt, dass während der Konfiguration ermittelte Steuerparameter als Schwell- oder Grenzwerte für die Steuerung der Schaltelemente verwendet werden, um die Energieverbraucher analog einer Schmelzsicherung vor zu hohen Strömen und/oder Spannungen zu schützen.
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Die adaptive Konfiguration erfolgt wie nachfolgend beschrieben:
In einem ersten Schritt werden bei sperrend geschalteten Schaltelementen Si.k die an die Stromverteilervorrichtung SVi anzuschließenden Energieverbraucher mit jeweils einem der Ausgänge Ai.k verbunden. Ferner wird der Spannungsversorgungseingang Ei der Stromverteilervorrichtung SVi mit der Versorgungspannung Vcc beaufschlagt, indem eine elektrische Verbindung zu einem Energiespeicher hergestellt wird.
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In einem zweiten Schritt erfolgt eine sog. Pfadzuordnung, indem jeder Lastpfad Pi.k durch die Steuervorrichtung C_SVi durch das Leitendschalten des betreffenden Schaltelements Si.k aktiviert wird, so dass der mit dem Ausgang Ai.k des Lastpfads Pi.k verbundene Energieverbraucher Vi.k mit Spannung versorgt wird. Hierdurch wird auch die Steuervorrichtung C_Vi.k eines jeweiligen Energieverbrauchers Vi.k mit Energie versorgt, so dass eine Kommunikation mit der Energiesteuervorrichtung EMS ermöglicht wird. Im Rahmen der Kommunikation überträgt die Steuervorrichtung C_Vi.k eines jeweiligen Energieverbrauchers Vi.k die Adresse des Energieverbrauchers an die Energiesteuervorrichtung EMS.
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In einem dritten Schritt erfolgt eine Parametrierung, indem die mit Spannung versorgten Energieverbraucher Vi.k ihre elektrischen Parameter an die Energiesteuervorrichtung EMS übertragen. Die Parameter umfassen, wie oben beschrieben, z. B. einen Nennstrom, eine Nennspannung, einen Spitzenstrom, eine Spitzenspannung und einen Dynamikbedarf. Die Parameter können auch nur eine Teilmenge der explizit aufgeführten Parameter umfassen. Die Parameter können auch weitere elektrische Parameter umfassen. Allgemein sind unter den elektrischen Parametern solche Parameter zu verstehen, welche den Energieverbraucher im Hinblick auf seinen statischen und/oder dynamischen Stromverbrauch und den dazugehörigen Spannungsverlauf charakterisieren.
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In einem vierten Schritt speichert die Energiesteuervorrichtung EMS die elektrischen Parameter der Energieverbraucher Vi.k z. B. in Gestalt einer wie in 3 gezeigten Matrix, um diese als Steuerparameter für die den Energieverbrauchern Vi.k bzw. den Lastpfaden Pi.k zugeordneten Schaltelemente Si.k zu verarbeiten. Die Steuerparameter stellen die Abschaltschwellen einer Sicherungsfunktion dar.
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Nach dem Anschluss aller Energieverbraucher Vi.k können die oben beschriebenen Schritte zwei bis vier für jeden Energieverbraucher in sequentieller Reihenfolge durchlaufen werden. Dies bedeutet, zu jedem Zeitpunkt ist immer nur ein Schaltelement Si.k der Gesamtheit aller Schaltelemente Si.k aller Stromverteilervorrichtungen SVi leitend geschaltet, während die anderen Schaltelemente Si.k sperrend geschaltet sind.
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In einer anderen Ausgestaltung können bei der Pfadzuordnung im zweiten Schritt alle Schaltelemente Si.k einer Stromverteilervorrichtung oder auch aller Stromverteilervorrichtungen SVi gleichzeitig leitend geschaltet werden. Eine Pfadzuordnung erfolgt durch eine sequentielle Datenkommunikation der Energieverbraucher Vi.k und ein Strommuster mit der Energiesteuervorrichtung EMS. Bei der dann durchgeführten sequentiellen Datenkommunikation zwischen der Energiesteuervorrichtung EMS und den Energieverbrauchern Vi.k wird nur einer der Energieverbraucher Vi.k (im Sinne einer Kommunikation) aktiviert, während die anderen (im Sinne der Kommunikation) passiv bleiben. Passive Energieverbraucher Vi.k beziehen z. B. einen konstanten Strom bekannter Höhe, während der aktive Energieverbraucher Vi.k einen im Vergleich höheren (oder niedrigeren) Strom vorgegebener Höhe bezieht. Der Strom kann jeweils durch die Messeinrichtungen Mi.k detektiert werden. Alternativ kann der aktive Energieverbraucher Vi.k einen variablen Strom beziehen, was dann ebenfalls durch die dem Schaltelement Si.k des Lastpfades Pi.k zugeordnete Messeinrichtung Mi.k detektiert werden kann.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die adaptive Konfiguration während der Fertigung des Fahrzeugs erfolgt. Um die Fertigung des Fahrzeuges zu erleichtern, ist es auch denkbar, bis zu einem Initialisierungszeitpunkt am Fertigungsband zunächst alle Lastpfade Pi.k über die Schaltelemente Si.k mit einem Satz an „Fertigungsparametern” einzuschalten, um dann, wenn alle Energieverbraucher Vi.k verbaut sind, die Initialisierung und Parametrierung durchzuführen. Dabei kann die Initialisierung, wie beschrieben, implizit oder auch explizit über eine Steuerung durch einen Servicetester (sog. Diagnosejobs) erfolgen. Dieser Diagnosejob kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Energieverbraucher einen definierten Reset für eine vorgegebene Zeit durchführt, die Stromverteilervorrichtung SVi diesen erkennt, und nach Wiederaufstarten des Energieverbrauchers Vi.k ein Signalvektor von diesem Energieverbraucher Vi.k versendet wird. Die Stromverteilervorrichtung SVi, welche den Reset erkannt hat, weist diesen Signalvektor, d. h. den Energieverbraucher, dann dem entsprechenden Lastpfad zu. Bei einer Mehrfachversorgung pro Lastpfad Pi.k (d. h., wenn der Energieverbraucher eine Lastgruppe mit mehreren Komponenten ist) erfolgt hierfür eine Überlagerung der einzelnen Signalvektoren der Komponenten zu einem Signalvektor.
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3 zeigt eine im Rahmen der die Schritte eins bis vier durchlaufenen Konfiguration erzeugten Matrix. Jedem Lastpfad Pi.k oder Ausgangs Ai.k wird eine Adresse Adr_I (I = 1 ... n·m) zugewiesen. Die Adressen bilden die Zeilen der Matrix. Die Verbraucher Vi.k bilden die Spalten der Matrix. Für die vorab bestimmte Zuordnung von Verbraucher Vi.k und Adresse Adr_I (d. h. Lastpfad Pi.k) werden dann der oder die Steuerparameter (Par_1, Par_2, ..., Par_I) gespeichert. Die Speicherung der Steuerparameter kann natürlich auch auf andere Weise, z. B. in Datenbankform, usw. erfolgen.
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Die Matrix kann zusätzlich um Eingangsbedingungen (Zustand des Fahrzeugs, Fahrer, Beifahrer, Effizienzmodus) erweitert werden. Diese Bedingungen steuern damit den Zustand der Lastpfade (z. B. an/aus, verzögert an/aus, Diagnose ja/nein), welche mit einem Energieverbraucher Vi.k verbunden sind. Die nicht benützten Lastpfade werden aus Sicherheitsgründen nicht aktiviert. Nicht benutzt ist ein Lastpfad dann, wenn an seinen Ausgang kein Energieverbraucher angeschlossen ist. Sollte ein Lastpfad ausfallen, kann ein Energieverbraucher auf einen noch unbenutzten Lastpfad umgeklemmt werden, so dass eine Reparatur ohne Teiletausch möglich ist. Eine um Eingangsbedingungen erweiterte Matrix ist schematisch in 4 dargestellt, in der die „Tabelle” um eine dritte Dimension erweitert ist, wobei in der dritten Dimension die Eingangsbedingungen Fahrzeugzustände ST1, ST2, ... darstellen.
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In einem weiteren, optionalen Schritt erfolgt eine Diagnose der Lastpfade Pi.k, indem von der zugeordneten Messeinrichtung Mi.k erfasste Spannungen über dem zugeordneten Schaltelement Si.k und/oder Ströme durch das Schaltelement Si.k ausgewertet werden. Hierdurch können in der Stromverteilervorrichtung SVi oder allgemein dem Bordnetz 1 auftretende Fehler einfach ermittelt werden. Es können beispielhaft nachfolgend aufgeführten Fälle auf Basis einer Strom- und Spannungsmessung am Eingang Ei der Stromverteilervorrichtung SVi und an den jeweiligen Ausgängen der Stromverteilervorrichtung SVi unterschieden werden:
- – eine zu große Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang Ei und einem Ausgang Ai.k der Stromverteilervorrichtung SVi lässt auf eine Unterbrechung oder einen zu hohen Übergangswiderstand des Schaltelements Si.k des betreffenden Lastpfads Pi.k schließen.
- – eine zu hohe Spannung am Eingang Ei der Stromverteilervorrichtung SVi lässt auf eine Überspannung schließen. Die Ursache könnte ein defekter Generator, der die Versorgungsspannung Vcc bereitstellt, sein.
- – eine zu niedrige Spannung am Eingang Ei der Stromverteilervorrichtung SVi lässt auf eine Unterspannung schließen. Die Ursache könnte ein defekter Generator, der die Versorgungsspannung Vcc bereitstellt, oder ein zu geringer Ladezustand (State of Charge, SOC) einer das Bordnetz 1 versorgenden Batterie sein.
- – eine zu hohe Spannung am Ausgang Ai.k der Stromverteilervorrichtung SVi lässt auf eine Überspannung des an dem Ausgang Ai.k angeschlossenen Energieverbrauchers Vi.k schließen. Die Ursache könnte ein defekter Energieverbraucher (z. B. ein Ladegerät, das Energie in das Bordnetz einspeist) sein.
- – eine zu niedrige Spannung am Ausgang Ai.k der Stromverteilervorrichtung SVi lässt auf eine Unterspannung schließen. Die Ursache könnte ein defekter Energieverbraucher Vi.k sein, der eine zu hohe Last darstellt, oder ein Kurzschluss (z. B. hervorgerufen aufgrund von Korrosion) sein.
- – ein absolut oder im Vergleich zur Stromhöhe via Datenverbindung zu hoher Strom zu dem Energieverbraucher Vi.k. Dies deutet auf einen defekten Energieverbraucher Vi.k oder einen Kurzschluss hin.
- – ein im Vergleich zur Stromhöhe via Datenverbindung zu dem Energieverbraucher Vi.k zu niedriger Strom deutet auf eine Kontaktschwierigkeit des Energieverbrauchers Vi.k hin (sog. „open load”).
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Die Diagnose kann dazu verwendet werden, den oder die einem Lastpfad zugeordneten Steuerparameter für den betreffenden Lastpfad abzuändern, so dass das dem Lastpfad Pi.k zugeordnete Schaltelement Si.k sperrend geschaltet wird. Dies kann auch für einen Servicefall genutzt werden. In Diagnosefällen erfolgt üblicherweise eine Abschaltung im Fehlerfall, während im Servicefall eine explizite Ansteuerung mit einem sog. Servicetester denkbar ist.
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Anschließend kann der ordnungsgemäße Betrieb der adaptierten Stromverteilervorrichtung nach Abschluss der Initialisierung und Bestehen der Testsequenzen aufgenommen werden. Dies erfolgt typischerweise am Ende der Fertigung oder nach einer Reparatur.
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Das Vorgehen weist eine Reihe von Vorteilen auf:
Da nur eine Komponente produziert, gelagert, ausgetauscht werden muss, ergibt sich die Möglichkeit der Nutzung einer Baukastenstrategie und dadurch einer Kostenminimierung. Der unterschiedlichen Anzahl an benötigten Lastpfaden kann durch eine entsprechende Anzahl an Stromverteilervorrichtungen begegnet werden.
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Es kann eine an den jeweiligen Energieverbraucher adaptierte Abschaltschwelle einer Sicherungsfunktion implementiert werden. Dies ermöglicht eine spezifische Funktionserfüllung.
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Diagnose von Fehlern und Teiletausch können auf vereinfachte Weise durchgeführt werden.
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Es werden Systemanalysen, wie z. B. ein individueller Strombedarf durch Einschalten bestimmter Lastpfade und deren funktionalem Strombedarf, in Fertigung und Vertrieb ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieversorgungsnetzwerk (Bordnetz)
- 10
- Primärseite des Energieversorgungsnetzwerks
- 20
- Sekundärseite des Energieversorgungsnetzwerks
- 30
- Kommunikationsnetzwerk
- SVi
- Stromverteilervorrichtung (i = 1 ... m)
- C_SVi
- Steuervorrichtung der Stromverteilervorrichtung SVi
- Si.k
- steuerbares Schaltelement (k = 1 ... n)
- Vi.k
- Energieverbraucher (k = 1 ... n)
- C_Vi.k
- Steuervorrichtung des Energieverbrauchers Vi.k
- Pi.k
- Lastpfad (k = 1 ... n)
- EMS
- Energiesteuervorrichtung
- Pari
- Parameter
- Adri
- Adresse
- STi
- Fahrzeugzustand
- Ei
- Eingang
- Ai.k
- Ausgang (k = 1 ... n)
- Mi.k
- Messeinrichtung
