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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes sowie ein Kraftfah rzeugbordnetz.
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Derzeit werden Kraftfahrzeugbordnetze in der Regel mit einer Batterie und einem Generator ausgestattet, mit denen sämtliche elektrische Verbraucher in dem Kraftfahrzeugbordnetz des Kraftfahrzeuges versorgt werden können. Im Fahrbetrieb, d. h. unter der Voraussetzung eines laufenden Verbrennungsmotors, kann die Batterie abhängig von einem jeweiligen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugbordnetzes sowohl elektrischen Strom vom Generator aufnehmen, als auch Strom in das Kraftfahrzeugbordnetz zur Versorgung der Verbraucher abgeben. Der jeweilige Betriebsmodus des Kraftfahrzeugbordnetzes, d. h. insbesondere der Stromfluss zwischen Generator, Batterie und den elektrischen Verbrauchern, wird durch ein Energiemanagementsystem entsprechend einer vorgegebenen Bordnetzstrategie gesteuert bzw. geregelt. Ein aktueller Betriebsmodus ist dabei sowohl von elektrischen Betriebszuständen des Bornetzes, zum Beispiel der Ladungszustand der Batterie und/oder die Auslastung des Generators, als auch von aktuellen Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges abhängig, wie Rekuperations- oder Beschleunigungsvorgänge. Grundsätzlich stehen im Fahrbetrieb somit zwei redundante Versorgungsspannungsquellen in einem Kraftfahrzeugbordnetz zur Verfügung, so dass ein dynamischer Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsmodi möglich ist.
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Eine Schwierigkeit bei derartigen Kraftfahrzeugbordnetzen besteht darin, dass während eines Fahrbetriebes eine der beiden Versorgungsspannungsquellen aufgrund eines nicht vorhersehbaren Defektes plötzlich ausfallen kann. Grundsätzlich kann in einem Fehlerfall ein Ausfall einer Spannungsquelle durch die aktiv gebliebene Versorgungsspannungsquelle kompensiert werden, die jedoch in bestimmten Betriebszuständen und/oder Betriebsmodi des Kraftfahrzeugbordnetzes überlastet werden könnte. Somit besteht das Risiko eines kompletten Bordnetzausfalls, wenn die verbliebene Versorgungsspannungsquelle durch eine Überlastung zusammenbrechen sollte.
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Aus der
DE 10 2004 004 172 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen einer defekten Batterie oder eines batterielosen Zustands in einem Kraftfahrzeugbordnetz bekannt. Ferner ist aus der
DE 10 2005 004 174 A1 und aus der
DE 103 09 913 B3 jeweils ein Verfahren zur Diagnose einer Kraftfahrzeugbatterie bzw. zum Erkennen einer defekten Fahrzeugbatterie bekannt. Auch die
DE 101 31 765 A1 betrifft ein Verfahren zur Batteriezustandserkennung.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftfahrzeugbordnetz derart zu verbessern, dass auch ein unerwarteter Ausfall eines Generators, erkannt werden kann, so dass das Kraftfahrzeugbordnetz in einen Notlaufbetrieb versetzt werden kann. Ein Notlaufbetrieb soll im Falle einer ausgefallenen Versorgungsspannungsquelle ermöglichen, beispielsweise eine nächstgelegene Werkstatt zu erreichen.
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Vorgeschlagen werden dementsprechend ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Kraftfahrzeugbordnetz und ein Computerprogramm gemäß den Nebenansprüchen. Weiterführende Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes. Das Kraftfahrzeugbordnetz umfasst einen Generator und eine Batterie für eine redundante Spannungsversorgung sowie wenigstens ein erstes Steuergerät und einen der Batterie zugeordneten Batteriesensor zur Messung von Batterieparametern. Das erste Steuergerät ist ausgebildet, den Generator für einen Ladebetrieb zum Aufladen der Batterie anzusteuern. Während eines vom ersten Steuergerät angeforderten Ladebetriebs wird in einem ersten Schritt mit dem ersten Steuergerät ein vom Batteriesensor gemessener Batteriestrom mit einem ersten Schwellwert verglichen. Sobald der gemessene Batteriestrom den ersten Schwellwert unterschreitet, wird in einem zweiten Schritt mit dem ersten Steuergerät wenigstens ein vom Batteriesensor gemessener weiterer Batterieparameter mit wenigstens einem Referenzwert verglichen. Durch das Steuergerät wird ein Notlaufbetrieb initiiert, wenn eine Unstimmigkeit zwischen einem der weiteren Batterieparameter und einem zugeordneten Referenzwert festgestellt wird.
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Als ein erster weiterer Batterieparameter wird eine Batteriespannung verwendet, die vom Batteriesensor zwischen dem positiven Anschlusspol und dem negativen Anschlusspol der Batterie gemessen wird.
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Als ein erster der Batteriespannung zugeordneter Referenzwert wird die Generatorsollspannung herangezogen, so dass eine Unstimmigkeit festgestellt wird, wenn die Batteriespannung von der Generatorsollspannung abweicht.
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Dieser erste Aspekt der Erfindung fußt unter anderem auf dem Gedanken, dass bei einer fehlerfrei arbeitenden redundanten Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes ein in die Batterie fließender Ladestrom, d. h. ein positiver Batteriestrom erwartet werden kann, sofern das Kraftfahrzeugbordnetz im Ladebertrieb betrieben wird. Mit dem Begriff Ladebetrieb ist ein Betriebsmodus Kraftfahrzeugbordnetzes zu verstehen, der von dem ersten Steuergerät ausgewählt bzw. angefordert werden kann. Ein angeforderter Ladebetrieb kann somit als Soll-Zustand für das Kraftfahrzeugbordnetzes verstanden werden, der als ein logischer Zustand im ersten Steuergerät vorliegt. Der angeforderte Ladebetrieb kann von dem ersten Steuergerät nur dann ausgewählt werden, wenn eine Regeleinrichtung des Generators eine ausreichende Leistungsreserve des Generators signalisiert. Ist eine Generatorleistungsgrenze erreicht, kann das erste Steuergerät keinen angeforderten Ladebetrieb anfordern und das Kraftfahrzeugbordnetz kann somit nicht im Ladebetrieb betrieben werden. Der Ladebetrieb und der angeforderte Ladebetrieb sollen als ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugbordnetz bzw. als ein Soll-Betriebszustand für das Kraftfahrzeugbordnetz angesehen werden, die im Wesentlichen unabhängig vom Ladungszustand (engl. State of Charge, SOC) der Batterie sind. Eine vollgeladene Batterie (d. h. in der Regel bei einem SOC von 100%) weist zwar eine geringere Ladeakzeptanz auf, als eine nicht vollgeladene Batterie mit einem SOC < 100%, jedoch fließt auch bei einer Erhaltungsladung ein Ladestrom in die Batterie. Dieser Ladestrom liegt zumindest oberhalb einer jeweiligen Auflösungsgrenze des Batteriesensors und kann somit von diesem erfasst werden.
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Ein angeforderter Entladebetrieb kann somit entsprechender Weise als Soll-Zustand für das Kraftfahrzeugbordnetzes verstanden werden, der ebenfalls als ein logischer Zustand im ersten Steuergerät vorliegt. Der Entladebetrieb soll vorzugsweise nur dann ausgewählt werden, wenn ein ausreichender SOC der Batterie vorliegt bzw. vom ersten Steuergerät ermittelt worden ist.
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Eine typische Auflösungsgrenze von Batteriesensoren zur Messung von Batterieströmen liegt im Bereich von 100 mA.
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Generell kann davon ausgegangen werden, dass das Kraftfahrzeugbordnetz einen von dem ersten Steuergerät gewählten bzw. vorgegebenen Ladebetrieb einnimmt, sofern kein Fehler im Kraftfahrzeugbordnetz vorliegt. Ein Fehler liegt im Kraftfahrzeugbordnetz zumindest dann vor, wenn ein Ladebetrieb vom ersten Steuergerät vorgegeben wird, aber gleichzeitig vom Batteriesensor kein zu erwartender Ladestrom erfasst werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung des ersten Aspektes der Erfindung kann der erste Schwellwert einem Batteriestrom entsprechen, der sich bei einer vollgeladenen Batterie einstellt, sofern das Kraftfahrzeugbordnetz im Ladebetrieb betrieben wird.
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Bei einer Erhaltungsladung stellen sich bei Blei-Säure-Batterien Ladeströme ein, die im Bereich von 0,5-1% der Nennkapazität pro Zeit liegen. Typischerweise werden in einem Erhaltungsladebetrieb Lade- bzw. Batterieströme in einem Bereich zwischen 400 mA und 800 mA erreicht. Bei einem fehlerfrei arbeitenden Kraftfahrzeugbordnetz können minimale Batterieströme in dieser Größenordnung erwartet werden. Eine nicht vollgeladene Batterie kann in einem Ladebetrieb abhängig von Ihrem jeweiligen Ladungszustand wesentlich größere Batterieströme von bis zu einigen zehn Ampere aufnehmen.
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Gemäß einer Weiterbildung des ersten Erfindungsaspektes kann der Ladebetrieb dadurch gekennzeichnet werden bzw. sein, dass mit dem ersten Steuergerät eine Generatorsollspannung für einen Spannungsregler des Generators vorgegeben wurde, die oberhalb einer Ruhespannung der Batterie liegt.
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Um eine Batterie in einem Kraftfahrzeugbordnetz zu laden, wird eine Spannungsdifferenz zwischen einer Quellenspannung der Batterie und der Generatorspannung benötigt, um einen Ladestrom bzw. einen positiver Batteriestrom hervorzurufen. Für einen Ladestrom muss eine Generatorspannung hergestellt werden, die zumindest über einer Ruhespannung liegt, d. h. einer Quellenspannung nach einer definierten Ruhephase der Batterie.
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Im Erhaltungsladebetrieb können typische Generatorsollspannungen zwischen 13,4 V und 13,8 V gewählt werden, im Ladebetrieb einer nicht vollgeladenen Batterie werden Generatorsollspannungen im typischen Bereich von 14,4 V bis 14,8 V vorgegeben.
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In entsprechender Weise kann der Entladebetrieb dadurch gekennzeichnet werden bzw. sein, dass mit dem ersten Steuergerät eine Generatorsollspannung für einen Spannungsregler des Generators vorgegeben wurde, die unterhalb der Ruhespannung der Batterie liegt.
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Vorzugsweise kann wenigstens eine minimale Generatorsollspannung durch das erste Steuergerät vorgegeben werden, die wenigstens einem unteren Grenzwert für eine zulässige Bordnetzspannung entspricht.
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Im Entladebetrieb kann beispielsweise eine Spannung von 11 V als eine typische minimale Generatorsollspannungen vorgegeben werden. In diesen Betriebsmodus soll der Strom für alle Verbraucher eines Kraftfahrzeugbordnetzes von der Batterie bereitgestellt werden, so dass der Generator, von einem Verbrennungsmotor angetrieben, im Leerlauf betrieben wird und somit keinen Generatorstrom liefert. Sollte die Batteriespannung aufgrund eines zu hohen Batteriestromes einbrechen, so kann die Regeleinrichtung des Generators die Bordnetzspannung auf dem Wert der minimale Bordnetzspannung von beispielsweise 11 V stabilisieren und einen entsprechenden Generatorstrom für das Kraftfahrzeugbordnetz zuschießen.
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Eine Generatorausgangsspannung soll von dem Spannungsregler des Generators auf die vom ersten Steuergerät vorgegebene Generatorsollspannung ausgeregelt werden, so dass diese Spannung unter anderem auch zwischen dem positiven Anschlusspol und dem negativen Anschlusspol der Batterie anliegen sollte. Weicht die Batteriespannung, also unter anderem die Spannung zwischen dem positiven Anschlusspol und dem negativen Anschlusspol der Batterie, von der Generatorsollspannung ab, kann auf einen Ausfall des Generators bzw. ein Ausfall der Generator Versorgungsleitung geschlossen werden.
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Ergänzend kann eine Eingangsspannung eines Steuergerätes als ein der Batteriespannung zugeordneter Referenzwert herangezogen werden, so dass eine Unstimmigkeit festgestellt werden kann, wenn die Batteriespannung von der Eingangsspannung des Steuergerätes abweicht.
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Neben dem ersten Steuergerät können auch noch zahlreiche weitere Steuergeräte in dem Kraftfahrzeugbordnetz vorhanden sein. Im fehlerfreien Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes sollte an einem Versorgungsspannungseingang jedes Steuergeräts gegenüber einem Massepotential die gleiche Spannung anliegen, wie zwischen dem positiven Anschlusspol und dem negativen Anschlusspol der Batterie. Eine Abweichung dieser Spannungen weist auf eine Unterbrechung in einem Batteriemassekabel hin, mit dem der negative Anschlusspol der Batterie mit dem Massepotential verbunden wird.
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Gemäß einer alternativen und/oder ergänzenden Weiterbildung kann als ein zweiter weiterer Batterieparameter ein Batterieinnenwiderstand herangezogen werden, der mit dem Batteriesensor ermittelt wird. Ein maximaler Innenwiderstand kann als dem Batterieinnenwiderstand zugeordneter Referenzwert vorgegeben werden, so dass eine Unstimmigkeit festgestellt werden kann, wenn den Batterieinnenwiderstand den maximalen Innenwiderstand übersteigt.
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Der Batterieinnenwiderstand kann von dem Batteriesensor aus einem Vergleich der Welligkeiten in den Signal-Zeit-Verläufen einer gemessenen Batteriespannung und eines gemessenen Batteriestromes ermittelt werden.
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Gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeugbordnetz, das einen Generator und eine Batterie für eine redundante Spannungsversorgung sowie wenigstens ein erstes Steuergerät und einem der Batterie zugeordneten Batteriesensor umfasst, wobei der Batteriesensor zur Messung von Batterieparameter ausgebildet ist. Das erste Steuergerät ist über wenigstens eine Kommunikationsleitung mit dem Generator und dem Batteriesensor verbunden. Das erste Steuergerät ist ferner dazu ausgebildet, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit innerhalb eines Steuergerätes in einem Kraftfahrzeugbordnetz ausgeführt wird, die jeweilige Recheneinheit anleitet, das Verfahren auszuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens dient.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktions-gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz;
- 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz 1 dargestellt, das einen Generator 2 und eine Batterie 3 umfasst. Im Zusammenspiel stellen Generator 2 und Batterie 3 eine redundante Spannungsversorgung für das Kraftfahrzeugbordnetz 1 bereit. Die Batterie 3 besitzt einen positiven Anschlusspol 36 und einen negativen Anschlusspol 35. Zwischen dem positiven Anschlusspol 36 und dem negativen Anschlusspol 35 liegt eine Batteriespannung UB an, deren Nennwert 12 V beträgt.
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An dem positiven Anschlusspol 36 der Batterie 3 ist eine elektrische Verteilereinrichtung 6 angeordnet, die ein Gehäuse mit einer positiven Polklemme zur Befestigung an und zur elektrischen Verbindung mit dem positiven Anschlusspol 36 der Batterie 3 umfasst. In der Verteilereinrichtung 6 ist eine Anzahl von Sicherungen angeordnet, über die elektrische Verbindungen zwischen einer mit der Polklemme verbunden Sammelschiene und einer Anzahl elektrischer Leitungen 26, 64 und 67 erfolgt.
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Im fehlerfreien Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 herrscht zwischen den Leitungen und dem positiven Anschlusspol 36 der Batterie 3 jeweils eine niederohmige Verbindung, so dass idealerweise alle Leitungen 26, 64 und 67 sowie der positive Anschlusspol 36 etwa auf dem gleichen Potential liegen. Zwischen diesem Potential und einem Massepotential GND, das beispielsweise von einer elektrisch leitfähigen Karosserie eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt werden kann, liegt eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 an.
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An der negativen Anschlusspol 35 der Batterie 3 ist ein Batteriesensor 5 angeordnet, der eine negative Polklemme zur Befestigung an und zur elektrischen Verbindung mit dem negativen Anschlusspol 35 der Batterie 3 umfasst. In dem Batteriesensor 5 ist eine Messelektronik angeordnet, über die eine elektrische Kontaktierung zwischen der negativen Polklemme des Batteriesensors 5 und einem Batteriemassekabel 50 zur Verbindung mit dem Massepotential GND erfolgt. Die Messelektronik des Batteriesensors 5 umfasst ein Mikrocontrollersystem, so dass unterschiedliche Batterieparameter gemessen, digitalisiert und ausgewertet werden können.
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Ein Batteriestrom IB, der durch das Batteriemassekabel 50 fließt, kann über einen in der Messelektronik angeordneten Messwiderstand (engl. shunt resistor) gemessen werden. Zur Messung der Batteriespannung UB, die zwischen dem positiven Anschlusspol 36 und dem negativen Anschlusspol 35 der Batterie 3 anliegt, ist eine Messleitung 65 vorgesehen, mit der die Messelektronik des Batteriesensors 5 mit der Sammelschiene der Verteilereinrichtung 6 elektrisch verbunden ist. Die Messelektronik im Batteriesensor 5 kann des Weiteren einen Temperaturfühler enthalten, der eine Temperatur T an der Batterie 3 erfassen kann. Das Mikrocontrollersystem des Batteriesensors 5 stellt ferner eine Datenschnittstelle bereit, die eine Kommunikation über eine Datenleitung 11, z.B. eines CAN- bzw. LIN-Busses, mit anderen im Kraftfahrzeugbordnetz 1 angeordneten elektronischen Steuergeräten ermöglicht.
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Anhand der erfassten Messwerte IB, UB und T können zum Beispiel Informationen über einen Ladungszustand (SOC), eine Alterung (SOH) sowie die voraussichtliche Startfähigkeit (SOF) der Batterie 3 ermittelt werden. Das Mikrocontrollersystem des Batteriesensors 5 umfasst des Weiteren eine Einrichtung zur digitalen Signalverarbeitung. Diese ermöglicht eine Signalanalyse und einen Vergleich der Oberwelligkeit von Batteriestrom IB und Batteriespannung UB, die über ein zeitliches Messintervall erfasst wurden. Aus dem Vergleich der Oberwelligkeiten kann das Mikrocontrollersystem mit entsprechenden Algorithmen einen Innenwiderstand RB der Batterie 3 ermitteln.
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In dem dargestellten Kraftfahrzeugbordnetz 1 sind exemplarisch zwei elektronische Steuergeräte 4 und 7 dargestellt, die jeweils ein Mikroprozessorsystem umfassen und über die Datenleitung 11 untereinander und/oder mit dem Batteriesensor 5 kommunizieren können. Ein erstes Steuergerät ist ein Motorsteuergerät 4 (engl. Engine Control Unit, ECU), das zur elektrischen Energieversorgung über eine erste Leitung 64 mit der Verteilereinrichtung 6 verbunden ist. Das Motorsteuergerät 4 ist ausgebildet, eine erste Eingangsspannung U40 zu messen, die zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss und dem Massepotential GND anliegt.
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In dem Motorsteuergerät 4 ist ein Energiemanagementsystem für das Kraftfahrzeugbordnetz 1 integriert, mit dem ein Energie- bzw. Stromfluss zwischen der Batterie 3, einem Generator 2 und den elektronischen Steuergeräten 4 und 7 sowie eine Vielzahl weiterer nicht dargestellter elektrischer Verbraucher eines Kraftfahrzeuges gesteuert wird. Dazu ist das Motorsteuergerät 4 über eine Anzahl von Steuerleitungen 24 mit einem Spannungsregler des Generators 2 verbunden. Über die Steuerleitungen 24 kann dem Spannungsregler von der Motorsteuerung 4 eine Generatorsollspannung vorgegeben werden. Ferner kann der Spannungsregler über die Steuerleitungen 24 ein Auslastungsgrad des Generators 2 an das Motorsteuergerät 4 signalisieren. Steuerleitungen 24 zwischen dem Spannungsregler des Generators 2 und dem Motorsteuergerät 4 können sowohl auf einer analogen, als auch auf einer digitalen mittels CAN- bzw. LIN-Protokoll Kommunikation beruhen.
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Der Generator 2 ist über eine Generatorleitung 26 mit der Verteilereinrichtung 6 verbunden, so dass abhängig von einem aktuellen Betriebsmodus Kraftfahrzeugbordnetzes 1 ein Generatorstrom IG vom Generator 2 zur Verteilereinrichtung 6 fließt. Im Ladebetrieb teilt sich der Generatorstrom IG in zwei Strome zur Versorgung der Steuergeräte 4 und 7 sowie in den Batteriestrom IB zum Laden der Batterie auf.
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Der Betriebsmodus des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 wird entsprechend einer definierten Bordnetzstrategie abhängig von einem aktuellen Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs gesteuert bzw. geregelt. Während eines Bremsmanövers bietet sich zum Beispiel an, die Bewegungsenergie eines Kraftfahrzeugs zurückzugewinnen (Rekuperation), indem während des Bremsens der Generator so angesteuert wird, dass ein Strom zum Laden der Batterie generiert wird. Während Zeitphasen starker Beschleunigungen oder während eines Ampel- Motor-Stopps generiert der Generator wenig bzw. keinen elektrischen Strom, so dass die Batterie 3 das Kraftfahrzeugbordnetz 1 mitversorgen bzw. allein versorgen muss.
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Im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges, d. h. während eines laufenden Verbrennungsmotors, stehen im Kraftfahrzeugbordnetz zwei parallele Versorgungsspannungsquellen bereit, aus denen jederzeit der von den Steuergeräten 4 und 7 bzw. elektrischen Verbrauchern benötigte Strom bereitgestellt werden kann. Eine solche redundante Spannungsversorgung erlaubt einerseits einen dynamischen Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsmodi des Kraftfahrzeugbordnetzes, zum anderen kann ein fehlerbedingter Ausfall von einer der beiden parallelen Versorgungsspannungsquellen durch die jeweils andere Spannungsquelle zumindest teilweise kompensiert werden. Bei einem Fehler im Kraftfahrzeugbordnetz entfällt die Redundanz bezüglich der Bereitstellung einer Bordnetzspannung, so dass ein dynamischer Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsmodi nicht mehr gewährleistet werden kann, da ansonsten ein totaler Ausfall der Kraftfahrzeugbordnetz drohen kann.
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Erfindungsgemäß ist das Motorsteuergerät 4 mit einer Einrichtung zur Erkennung eines Ausfalls von einer der beiden redundanten Versorgungsspannungsquellen ausgerüstet, die, beispielsweise in der Gestalt eines auf dem Mikroprozessorsystem des Motorsteuergeräts 4 ausgeführten Softwaremoduls, ein nachfolgend beschriebenes Verfahren durchführen kann.
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In der 2 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes dargestellt, das von dem Motorsteuergerät 4 ausgeführt werden kann.
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Der Batteriesensor 5 ermittelt fortwährend die Batterieparameter der Batterie 3, die zumindest teilweise über die Datenleitung 11 an das Motorsteuergerät 4 kommuniziert werden. Das Motorsteuergerät 4 empfängt somit wenigstens die aktuellen Messwerte für den Batteriestrom IB, die Batteriespannung UB, den SOC sowie für den Innenwiderstand RB der Batterie 5. Über die Steuerleitung 24 empfängt das Motorsteuergerät 4 ferner ein Signal für den Auslastungsgrad des Generators 2. Sofern der Generator 2 bzw. sein zugeordneter Regler eine ausreichende Leistungsreserve signalisiert, kann das Motorsteuergerät 4 einen Ladebetrieb für das Kraftfahrzeugbornetz anfordern. Sofern der Ladebertrieb gemäß der vorgegebenen Bordnetzstrategie anzufordern ist, wird dem Regler des Generators 2 über die Steuerleitungen 24 eine Generatorsollspannung UGS vorgegeben, die größer ist, als ein aktueller Ruhespannungswert UB0 der Batteriespannung UB. Der Ruhespannungswert UB0 kann vom Motorsteuergerät 4 über den aktuellen SOC der Batterie 3 ermittelt werden.
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Sobald in einem Initialisierungsschritt 100 verifiziert wurde, dass das Kraftfahrzeugbordnetz 1 im Ladebetrieb betrieben werden soll, prüft das Motorsteuergerät 4 in einem ersten Schritt 200, ob der vom Batteriesensor 5 gemessene aktuelle Wert für den Batteriestrom IB über einem Schwellwert liegt. Die Stärke eines zum Laden in die Batterie 3 fließenden Batteriestroms IB ist grundsätzlich vom aktuellen SOC der Batterie 3 abhängig. Bei einer Erhaltungsladung einer vollgeladenen Batterie 3 stellt sich jedoch ein minimaler Ladestrom, der im Bereich von 0,5-1% der Nennkapazität der Batterie 3 pro Zeit liegt. Für eine 80 Ah Batterie könnte somit Schwellwert von 400 mA gewählt werden.
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Generell kann davon ausgegangen werden, dass ein Fehler im Kraftfahrzeugbordnetz 1 vorliegt, wenn der gemessene Batteriestrom IB während eines durch das Motorsteuergerät 4 angeforderten Ladebertriebs unterhalb einer typischen Stromstärke einer Erhaltungsladung liegt.
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Im Wesentlichen können drei typische Fehler in dem Kraftfahrzeugbordnetz 1 auftreten, wobei entsprechende Fehlerorte in der 1 mittels eines Blitzsymbols gekennzeichnet sind. Ein typischer erster Fehler A betrifft eine unterbrochene elektrische Verbindung im Batteriemassekabel 50, wobei beispielsweise ein Leitungsbruch durch eine mechanischen Beschädigung des Kabels oder eine defekter Verbindungsbolzen an der Karosserie ursächlich sein kann. Ein typischer zweiter Fehler B betrifft einen elektrischen Defekt im Bereich der Batterie 3. Ein solcher elektrischer Defekt kann innerhalb der Batterie 3 vorliegen, zum Beispiel ein Ausfall einer elektrochemischen Zelle, oder im Bereich der Anschlusspole 35 und 36 der Batterie 2, beispielsweise eine lose Polklemme vom Batteriesensor 5 bzw. von der Verteilereinrichtung 6. Ein typischer dritter Fehler C kann am Generator 2 auftreten, wobei insbesondere eine Unterbrechung in der Generatorleitung 26 oder in einer fehlerhaften Masseverbindung zwischen dem Generator 2 und einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges ursächlich sein kann.
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Je nachdem, welcher der drei genannten typischen Fehler A, B oder C in einem Kraftfahrzeugbordnetz 1 aufgetreten ist, müssen in einem Notlaufbetrieb 401, 402 unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden, um einen Fahrbetrieb zumindest für eine sichere Fahrt bis zur nächsten Werkstatt zu gewährleisten.
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Bei einem Ausfall des Generators 2 können beispielsweise solche elektrische Verbraucher deaktiviert werden, die einen hohen Strombedarf haben. Im Falle eines Totalausfalls der Batterie 3 sind zum Beispiel transiente Lasten durch eine entsprechende Notlaufstrategie zu unterdrücken, die von der Regeleinrichtung des Generators 2 nicht zuverlässig ausgeregelt werden können. Des Weiteren wäre beispielsweise eine automatische Motor-Start-Stopp-Funktion zu deaktivieren.
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Sofern im ersten Schritt 200 festgestellt wurde, dass der gemessene Batteriestrom IB den Schwellwert von beispielsweise 400 mA unterschreitet, wird in dem zweiten Schritt 300 messtechnisch bestimmt, welcher typischen Fehler A, B oder C im Kraftfahrzeugbordnetz 1 aufgetreten ist. Dazu werden weitere vom Batteriesensor 5 gemessene Batterieparameter mit zugeordneten Referenzwerten verglichen. Neben dem aktuellen Batteriestrom IB werden dem Motorsteuergerät 4 unter anderem auch die aktuellen Messwerte der Batteriespannung UB und des Batterieinnwiderstands RB fortwährend übermittelt, die als weitere Batterieparameter dienen.
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Von dem Motorsteuergerät 4 wird der aktuelle Wert für den Batterieinnenwiderstand RB mit einem maximalen Innenwiderstand als Referenzwert verglichen. Zur Ermittlung des Batterieinnenwiderstands RB der Batterie 3 misst der Batteriesensor 5 typischerweise die Oberwelligkeiten von Strom und Spannung, aus denen der Batterieinnwiderstands RB berechnet werden kann. Durch ein Überschreiten des maximalen Innenwiderstands wird ein zweiter Fehler B erkannt. Anstelle des maximalen Innenwiderstands kann auch ein Grenzwert für einen zeitlichen Anstieg des Batterieinnenwiderstands RB als Referenzwert herangezogen werden. Übersteigt der Anstieg des Batterieinnenwiderstands RB diesen Grenzwert, kann ebenfalls ein Defekt in der Batterie 3 oder ein hochohmiger Kontakt zwischen den Anschlusspolen 35, 36 der Batterie und den Polklemme am Batteriesensor 5 oder an der Verteilereinrichtung 6 erfasst werden. In einem Notlaufbetrieb bei einem erkannten zweiten Fehler B, sollte unter allen Umständen ein Ausschalten des Verbrennungsmotors vermieden werden, da ein Neustart aufgrund einer nicht mehr zur Verfügung stehenden Spannungsversorgung durch die Batterie 3 unmöglich werden wird. Die Motorsteuerung 4 aktiviert einen ersten Notlaufbettrieb 401, in dem wenigstens eine automatische Motor-Start-Stopp-Funktion deaktiviert wird.
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Von dem Motorsteuergerät 4 wird der empfangene aktuelle Wert der Batteriespannung UB mit weiteren Referenzwerten verglichen. Als ein erster weiterer Referenzwert wird die vom Motorsteuergerät 4 für den Spannungsregler des Generators 2 vorgegebene Generatorsollspannung herangezogen. Stimmt die Batteriespannung UB nicht mit der Generatorsollspannung überein wobei der Generator noch Leistungsreserven hat, wird das Vorliegen eines ersten Fehlers A detektiert. In dem zweiten Notlaufbetrieb 402 werden nicht zwingend benötigte Verbraucher, insbesondere solche mit einem vergleichsweise hohen Stromverbrauch deaktiviert. Das Motorsteuergerät 4 kann zum Beispiel einen Steuerbefehl über die Datenleitung 11 an das zweite Steuergerät 7 senden, so dass dieses und ggf. weitere nicht dargestellte Steuergeräte im Kraftfahrzeugbordnetz 1 deaktiviert werden.
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Als ein zweiter weiterer Referenzwert wird die am Motorsteuergerät 4 anliegende Eingangsspannung U40 herangezogen und mit der Batteriespannung UB verglichen. Mit Feststellen, dass die Batteriespannung UB kleiner als die am Motorsteuergerät 4 anliegend Eingangsspannung U40 ist, wird eine unterbrochene Leitung im Batteriemassekabel 50 erkannt. Aufgrund einer nicht mehr zur Verfügung stehenden Spannungsversorgung durch die Batterie 3 wird der erste Notlaufbettrieb 401 aktiviert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht unter anderem auf dem Gedanken, durch den Einsatz von zwei Spannungsmesspunkten sowie einem Strommesspunkt unterschiedliche Fehler im Kraftfahrzeugbordnetz 1 zu erkennen. Dadurch können dann die betroffenen Steuergeräte 4 und 7 entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten.
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Wird von dem Motorsteuergerät 4 ein ausreichender SOC der Batterie 3 festgestellt bzw. vom Batteriesensor 5 gemeldet, so kann das Motorsteuergerät 4 einen Entladebetrieb für das Kraftfahrzeugbornetz 1 auswählen. Sofern der Entladebetrieb gemäß der vorgegebenen Bordnetzstrategie anzufordern bzw. zu aktivieren ist, wird dem Regler des Generators 2 über die Steuerleitungen 24 eine Generatorsollspannung UGS vorgegeben, die einer minimal zulässigen Bordnetzspannung entspricht und beispielsweise 11 V betragen kann. Die Generatorsollspannung UGS ist zumindest kleiner, als ein aktueller Ruhespannungswert UB0 der Batteriespannung UB. Im Entladebetrieb soll der Strom für alle elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeugbordnetz 1 durch die Batterie 3 bereitgestellt werden, während der Generator 2 bei einem laufenden Verbrennungsmotor im Leerlauf mitläuft. Sollte die Batteriespannung UB aufgrund eines hohen (negativen) Batteriestromes IB und eines daraus resultierenden Spannungsabfalles am Batterieinnwiderstand RB einbrechen, kann die Bordnetzspannung durch den Generator 2 auf dem Wert der minimal zulässigen Bordnetzspannung stabilisiert werden.
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Meldet der Regler der Generators 2 über die Steuerleitungen 24 einen Auslastungsgrad an die Motorsteuergerät 4, der über einem erwarteten Leerlaufwert liegt, kann eine überlastete Batterie 5 oder ein Batteriedefekt vorliegen. Stimmt die vom Batteriesensor 5 gemessene Batteriespannung UB nicht mit der Generatorsollspannung UGS überein, kann ein Fehler A verifiziert werden. Steigt der vom Batteriesensor 5 gemessene Batterieinnenwiderstand RB an und übersteigt insbesondre den vorgegebenen Grenzwert, kann ein Fehler vom Typ B erkannt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugbordnetz
- 2
- Generator
- 3
- Batterie
- 4
- Motorsteuergerät
- 5
- Batteriesensor
- 6
- Verteilereinrichtung
- 7
- weiteres Steuergerät
- 11
- Datenleitung
- 24
- Steuerleitungen
- 26
- Generatorleitung
- 35
- negativer Anschlusspol
- 36
- positiver Anschlusspol
- 50
- Batteriemassekabel
- 64
- Leitung
- 65
- Messleitung
- 67
- Leitung
- U40
- Eingangsspannung am Motorsteuergerät
- U70
- Eingangsspannung am zweiten Steuergerät
- UB
- Batteriespannung
- UG
- Generatorspannung
- IB
- Batteriestrom
- IG
- Generatorstrom
- RB
- Batterieinnwiderstand
- 100
- Initialisierungsschritt
- 200
- ersten Schritt
- 300
- zweiter Schritt
- 401
- erster Notlaufbetrieb
- 402
- zweiter Notlaufbetrieb
