-
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur elektrischen Energieversorgung für ein Fahrzeug bzw. von einem Verfahren zur elektrischen Energieversorgung für ein Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
-
Aus
DE 102 43 970 A1 ist es bereits bekannt, dass Verbraucherstränge in einem Fahrzeug, an denen elektrische Verbraucher angeschlossen sind, hinsichtlich der Plausibilität ihres zeitlichen Stromverhaltens überwacht werden. Bei Nichtplausibilität dieses Stromverhaltens wird der Strom in den einzelnen Verbrauchersträngen abgeschaltet. Dabei ist vorgesehen, dass Steuergeräte über eine Busverbindung und beispielsweise einen CAN-Receiver mit einem Mikrocomputer verbunden sind. Über diese Busverbindung wird dem Mikrocomputer mitgeteilt, welche Verbraucher eingeschaltet sind, sodass er überprüfen kann, ob der durch den einen Shunt fließende Strom plausibel ist oder nicht.
-
Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Schaltung zur elektrischen Energieversorgung bzw. das Verfahren zur elektrischen Energieversorgung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche den Vorteil, dass nunmehr eine genauere Information über die Stromaufnahme der Verbraucher vorliegt. Nunmehr wird entweder eine gemessene Stromaufnahme der Verbraucher oder eine anderweitig bestimmte Stromaufnahme in die Betrachtung einbezogen, ob das jeweilige Bordnetz von der Energiequelle getrennt werden soll oder nicht. Insbesondere bei Hochstromanwendungen ist die Spanne des aufgenommenen Stromes von 1 bis mehrere hundert Ampere möglich. Daher ist durch die erfindungsgemäße Schaltung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren eine genauere Bestimmung möglich, ob ein Bordnetz von der Energiequelle getrennt wird oder nicht.
-
Unter der Schaltung zur Energieversorgung ist vorliegend eine elektrische Schaltung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zu verstehen, die ein Bordnetz betreibt. Es ist also insbesondere eine elektrische Schaltung zu verstehen, die aus mehreren Komponenten aufgebaut ist, die über Kabel zur Führung von elektrischer Energie miteinander verbunden sind.
-
Unter einem Bordnetz ist eine solche elektrische Verbindung zu verstehen, bei der verschiedene Verbraucher bei einem gemeinsamen Spannungspegel mit elektrischer Energie versorgt wird. Als Energiequelle können bei verschiedenen Bordnetzen unterschiedliche Batterien verwendet werden oder es kann eine einzige Batterie verwendet werden oder ein Generator und dann auf die entsprechenden Spannungspegel aus dieser einzigen Quelle gewandelt werden. Es kann jedoch durchaus möglich sein, dass verschiedene Batterien verwendet werden.
-
Unter einem Verbraucher sind solche Komponenten zu verstehen, die an das Bordnetz angeschlossen sind und in die Strom fließt. Dazu gehören beispielsweise Steuergeräte oder andere Treiberschaltungen, beispielsweise für Motoren usw.
-
Der Prozessor kann ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor, ein Grafikprozessor oder auch nur eine Softwarefunktion auf einem Steuergerät sein, das verschiedene Prozessoren aufweist. Der Prozessor muss jedoch so konfiguriert sein, dass er Messwerte von einer ersten Strommesseinrichtung aufnehmen kann, beispielsweise durch einen Analogeingang, wobei diese erste Strommesseinrichtung üblicherweise eine Shunt-Messung zwischen der jeweiligen Energiequelle und dem jeweiligen Bordnetz vorgesehen ist. Diese Strommesseinrichtung dient zur Ermittlung des jeweils eingespeisten Stroms in das Bordnetz. Weiterhin ist der Prozessor derart mit dem wenigstens einen Verbraucher jeweils verbunden, dass eine jeweilige Stromaufnahme des jeweiligen Verbrauchers an den Prozessor übertragbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine Datenverbindung, beispielsweise eine Datenbusverbindung, wie dem CAN-Bus, bewirkt werden, sodass der Prozessor damit sowohl die Stromeinspeisung als auch die Stromentnahme der Verbraucher als Daten zur Verfügung hat. Damit kann dann der Prozessor das jeweilige Bordnetz von der jeweiligen Energiequelle in Abhängigkeit von dem jeweils eingespeisten Strom und der jeweiligen Stromaufnahme trennen. Ist nämlich die Differenz sehr groß, kann dies beispielsweise auf einen Kurzschluss schließen lassen. Insbesondere ist damit eine sehr genaue Auswertung der einzelnen Verbraucher möglich, um ihre Funktionsfähigkeit auch zu prüfen. Neben der Trennung des Bordnetzes von der jeweiligen Energiequelle ist es aber auch möglich, dass zusätzlich ausgegeben wird, dass ein Werkstattbesuch notwendig ist oder zumindest eine Warnung an den Fahrer. Weiterhin kann auf solche Komponenten zurückgegriffen werden, dass zumindest eine Fahrt zu einer Werkstatt oder nach Hause möglich ist, was als Limp-Home-Funktion zum Teil bezeichnet wird. Die Trennung geschieht üblicherweise über einen Schalter, dies kann ein elektronischer Schalter sein, aber auch ein Relais-Schalter. Darüber hinaus können auch noch Sicherungen in den Bordnetzen vorgesehen sein, die eine einmalige oder mehrmalige Verwendung ermöglichen.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Schaltung bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens möglich.
-
Es ist dabei vorgesehen, dass die jeweiligen Energiequellen jeweils wenigstens eine Batterie aufweisen. Dies betrifft den oben genannten Fall, dass pro Bordnetz eine eigene Batterie vorgesehen ist. Wie oben dargestellt, sind dazu Alternativen möglich, dass nur eine einzige Batterie oder ein Generator als Energiequelle dient und dann auf die entsprechenden Spannungspegel gewandelt wird.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass für eine Ermittlung der jeweiligen Stromaufnahme eine zweite Strommesseinrichtung am oder im jeweiligen Verbraucher angeordnet ist. Das heißt, eine Strommesseinrichtung kann beispielsweise am Eingang eines Steuergeräts vorgesehen sein, um die aufgenommene Strommenge zu messen. Dieser Wert kann dann direkt vom Prozessor oder über das Steuergerät oder eine andere Schaltung datentechnisch zum Prozessor übertragen werden. Alternativ ist die zweite Strommesseinrichtung beispielsweise wiederum eine Shunt-Messung mit einem Shunt-Widerstand im jeweiligen Verbraucher anzuordnen. Dies kann also beispielsweise wiederum direkt nach der Schnittstelle zum Bordnetz innerhalb eines Steuergeräts geschehen. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Strommesseinrichtung zumindest mit einer Endstufe des jeweiligen Verbrauchers verbunden ist und dort den Strom misst, da ja hier der größte Verbrauch zu erwarten ist. Unter der Endstufe sind beispielsweise die Ansteuertransistoren für einen Motor oder eine Airbageinrichtung oder eine Bremseinrichtung zu verstehen. Es handelt sich also dabei üblicherweise um eine Leistungselektronik.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das erste Bordnetz bei 12 V operiert und das zweite Bordnetz bei 48 V betreibbar ist. Dies sind Spannungswerte, die sich als geeignet erwiesen haben.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass am zweiten Bordnetz eine Wankstabilisierung angeschlossen ist, die bei 48 V betrieben wird. Diese Wankstabilisierung treibt einen Gleichstrommotor an und ist daher ein Hochstromverbraucher.
-
Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Wankstabilisierung als eine Rekuperationsenergiequelle konfiguriert ist. Das heißt, Bewegungen des Fahrzeugchassis können hier auch generatorisch wirken, sodass dann eine Rückspeisung in das Bordnetz vorgesehen ist.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass zwischen den Bordnetzen zumindest ein Gleichspannungswandler zur Rückspeisung zwischen den Bordnetzen vorgesehen ist. Dies ermöglicht beispielsweise bei einem Energieabfall der Energieeinspeisung bei einem Bordnetz über das andere Bordnetz dieses Bordnetzes mit der abfallenden Energieversorgung dennoch zu versorgen. Hier handelt es sich daher um eine Rückfallebene, um einen Ausgleich zu schaffen. Über solch einen Spannungswandler ist eine galvanische Verbindung zwischen den Bordnetzen beispielsweise vorgesehen.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Prozessor das jeweilige Bordnetz von der jeweiligen Energiequelle in Abhängigkeit von einer Differenz von dem jeweiligen eingespeisten Strom und der jeweiligen Stromaufnahme trennt. Aus so einer Differenz kann beispielsweise auf einen Kurzschluss geschlossen werden. Insbesondere kann mit der Differenz auch noch eine genauere Analyse betrieben werden, was mit den einzelnen Verbrauchern los ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung;
- 2 eine erste Anordnung einer Strommesseinrichtung an einem Verbraucher;
- 3 eine zweite Anordnung einer Strommesseinrichtung an einem Verbraucher;
- 4 einen Verbraucher, der mit beiden Bordnetzen verbunden ist;
- 5 ein Steuergerät zur Wankstabilisierung mit Anschluss an Bordnetz und Datenbus und
- 6 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung. Eine gegen Masse geschaltete erste Energiequelle, die als Stromquelle konfiguriert ist IV1, ist über einen Schalter S1 mit einem Shunt-Widerstand RS1 verbunden. Der Schalter S1, beispielsweise ein elektronischer Schalter oder ein Relais-Schalter, wird von einem Mikrocontroller µC als Prozessor betätigt. Der Shunt-Widerstand RS1 ist auf der anderen Seite zum einen mit dem Bordnetz B1 und zum anderen mit der Rückführung an den Mikrocontroller µC verbunden. Der Mikrocontroller µC kann in irgendeinem Steuergerät angeordnet sein oder auch in einem eigenen, beispielsweise Batteriesteuergerät. An das Bordnetz B1 sind die Verbraucher SG1 und SG2 beispielhaft angeschlossen. Weiterhin ist das Bordnetz B1, das vorliegend bei 12 V betrieben wird, mit einem Gleichspannungswandler DC-DC-C verbunden. Dieser Gleichspannungswandler ist auf der anderen Seite mit dem zweiten Bordnetz B2 verbunden. Die Funktion des Gleichspannungswandlers ist als ein bidirektionaler Energieaustausch zwischen den beiden Bordnetzen vorzusehen, sofern ein Bordnetz beispielsweise zu wenig Energie aus der Energiequelle bekommt.
-
Der Mikrocontroller ist weiterhin mit einer Kommunikationsschnittstelle, insbesondere einem CAN-Bus, verbunden, an den die Verbraucher SG1 und SG2 mit bidirektionalen Datenverbindungen angeschlossen sind. Auch der Verbraucher SG3, der an das Bordnetz B2 angeschlossen ist, ist mit diesem CAN-Bus verbunden. Damit ist es dem Mikrocontroller µC möglich, über den CAN-Bus Informationen von den Steuergeräten bzw. Verbrauchern SG1, SG2 und SG3 hier als Beispiel zu bekommen. Über den CAN-Bus können jedoch auch Steuerbefehle übertragen werden.
-
Der Mikrocontroller ist weiterhin mit einem weiteren Shunt-Widerstand RS2 verbunden und dem Bordnetz B2. Auf der anderen Seite ist der Shunt-Widerstand RS2 mit dem Schalter S2 verbunden, der wiederum vom Mikrocontroller µC betätigbar ist. Über diesen Schalter S2 ist der Shunt-Widerstand RS2 mit der Energiequelle IV2 verbunden. Die auf der anderen Seite wiederum der Einfachheit halber gegen Masse geschaltet ist.
-
Der Mikrocontroller kann über die Shunt-Messwiderstände RS1 und RS2 die Stromeinspeisung in die Bordnetze B1 und B2 jeweils ermitteln. Über den CAN-Bus bekommt der Mikrocontroller µC den von den Verbrauchern SG1, SG2 und SG3 bestimmten oder ermittelten Stromverbrauch. Aus dem Vergleich der Einspeisung und der Stromentnahme schließt der Mikrocontroller µC darauf, ob eine Trennung des jeweiligen Bordnetzes notwendig ist. In einem Kurzschlussfall ist beispielsweise aber auch der Gleichspannungswandler DC-DC-C abzuschalten, um auch nicht das zweite Bordnetz an den Kurzschluss anzuschließen. Ein treffender Vergleich zwischen dem eingespeisten Strom und der Stromentnahme ist eine Differenzbildung. Aber auch andere vergleichende mathematische Methoden können hier genommen werden, um die elektrische Funktionsfähigkeit der Verbraucher bzw. des Bordnetzes festzustellen.
-
2 zeigt eine erste Möglichkeit, wie der Strom an einem Verbraucher, hier mit SG4 bezeichnet, bestimmt werden kann. Der Verbraucher SG4 weist an seinem Eingang zum Bordnetz B1 eine Strommesseinrichtung 11, beispielsweise wiederum eine Shunt-Messung, auf. Dieser Messwert wird im Steuergerät SG4 aufgenommen und kann dann über den CAN-Bus CAN an den Mikrocontroller µC übertragen werden. Es ist möglich, dass der Mikrocontroller µC direkt mit der Strommesseinrichtung I1 verbunden ist und so direkt diesen Stromwert, den der Verbraucher SG4 aufnimmt, zu bekommen.
-
3 zeigt eine Alternative dazu, wiederum ist der Verbraucher, nunmehr mit SG5 bezeichnet, an das Bordnetz B1 angeschlossen und auch an den CAN-Bus CAN. Innerhalb des Steuergeräts SG5 ist die Strommesseinrichtung I2 vorhanden, beispielsweise ist sie mit den Endstufen im Steuergerät SG5, also den Leistungshalbleitern, verbunden. Der dort gemessene Strom ist repräsentativ für die Stromaufnahme des Verbrauchers SG5 und auch dieser kann vorliegend über den CAN-Bus CAN an den Prozessor µC übertragen werden. Anstatt eines CAN-Busses ist es natürlich möglich, alle anderen gängigen Datenbusse zu verwenden oder auch eine gesonderte Datenleitung vorzusehen.
-
4 zeigt einen Verbraucher SG6, der an beide Bordnetze B1 und B2 angeschlossen ist, beispielsweise, um verschiedene Funktionen mit elektrischer Energie zu bedienen, die verschiedene Anforderungen haben. Beispielsweise könnte das Bordnetz B2 für die Hochstromaufnahme vorgesehen sein, während das Bordnetz B1 für einen Prozessor vorgesehen ist. Weiterhin ist der Verbraucher SG6 mit dem CAN-Bus verbunden. Der Verbraucher SG6 kann wie auch jeder andere Verbraucher die in 2 oder 3 vorgestellten Maßnahmen verwenden, um den Strom zu ermitteln. Es kann auch eine Kombination daraus sein, oder es kann auch sein, dass der Verbraucher SG6 aus seinem Betrieb auf eine Stromentnahme schließt und dies dann dem Mikrocontroller mitteilt, welchen Strom er glaubt zu verwenden.
-
5 zeigt vereinfacht eine Wankstabilisierung mit dem Steuergerät SG7 und einem angesteuerten Motor M für die Beeinflussung des Fahrzeugchassis. Auch der Verbraucher SG7 ist vorliegend an das Bordnetz B2 angeschlossen und mit dem CAN-Bus CAN verbunden. Wie oben angegeben, ist es möglich, dass der Motor M auch generatorisch wirken kann und dabei eine Rückspeisung in des Bordnetz B2 möglich ist.
-
6 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einem Flussdiagramm. In Verfahrensschritt 600 werden die beiden Bordnetze B1 und B2 mit elektrischer Energie, wie in 1 dargestellt, versorgt. In Verfahrensschritt 601 werden auch die Verbraucher, wie in 1 dargestellt, mit elektrischer Energie über die Bordnetze B1 und B2 versorgt. In Verfahrensschritt 602 übernimmt der Prozessor µC die Überwachungsaufgaben hinsichtlich der Stromentnahme und auch der Stromeinspeisung. In Verfahrensschritt 603 wird beispielsweise geprüft, ob die Differenz dieser Stromentnahme und Stromeinspeisung zu hoch ist, wenn das der Fall ist, erfolgt in Verfahrensschritt 604 das Trennen des jeweiligen Bordnetzes. Ist das nicht der Fall, wird zu Verfahrensschritt 602 zurückgesprungen und der Prozessor überwacht weiter die Stromeinspeisung und Stromentnahme. Natürlich ist es möglich, dass der Prozessor auch noch weitere Aufgaben übernimmt.
-
Bezugszeichenliste
-
- IV1
- erste Energiequelle
- IV2
- zweite Energiequelle
- S1, S2
- Schalter
- RS1, RS2
- Shunt-Widerstände
- B1, B2
- Bordnetze
- µC
- Mikrocontroller, Prozessor
- CAN
- CAN-Bus
- SG1-7
- Verbraucher
- DC-DC-C
- Gleichstromwandler
- I1, I2
- Strommesseinrichtung
- M
- Motor
- Verfahrensschritte 600-604
- Verfahrensschritte
-
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
-
