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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Verteilernetz zum Übertragen einer elektrischen Versorgungsspannung von einer elektrischen Spannungsquelle zu mehreren elektrischen Komponenten hin. Ein solches Verteilernetz wird auch als elektrisches Bordnetz bezeichnet. Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Koordinieren eines Betriebs der Komponenten in dem Kraftfahrzeug.
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Damit in einem Kraftfahrzeug elektrische Komponenten ihren Betrieb aufeinander abstimmen oder koordinieren können, kann ein Bussystem mit einem oder mehreren unterschiedlichen Datenbussen für die Kommunikation vorgesehen sein. Übliche Bussysteme umfassen unter anderem: CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), Flexray, MOST (Media Oriented Systems Transport). Ein Beispiel für Komponenten, die über Datenbusse kommunizieren, sind Steuergeräte. Die unterschiedlichen Datenbusse haben ihren klassischen Anwendungsbereich und bringen dabei ihre individuellen Vor- und Nachteile mit sich. Zu bewerten sind Datenbusse unter anderem in den folgenden Kategorien: Übertragungsgeschwindigkeit (Übertragungsrate), Robustheit (Anfälligkeit für Übertragungsstörungen), Aufwand/Kosten (für die Bereitstellung und/oder den Betrieb).
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Elektro-, Hybrid- und Brennstoffzellen-Kraftfahrzeuge bringen ferner einen oder mehrere sogenannte Hochvolt-Verteilernetze oder -kreise mit sich. Klassischerweise ist ein Hochvoltverteilernetz sterntopologisch aufgebaut. Über dieses Verteilernetz wird im Hochvolt-Fall eine Hochspannung mit mehr als 60 V als Versorgungsspannung zur Energieversorgung von elektrischen Komponenten übertragen. Erzeugt werden kann die Versorgungsspannung durch eine Spannungsquelle, beispielsweise durch eine Hochvolt-Batterie, die bevorzugt im Sternpunkt des Verteilernetzes angeordnet ist. Hochvolt-Potentiale können dann sternartig zu den einzelnen elektrischen Verbrauchern, das heißt an die elektrischen Komponenten, verteilt werden.
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Die meisten der angebundenen elektrischen Komponenten führen ihre Funktion mittels einer Taktung von Halbleitern aus, insbesondere wenn es um die Regulierung der Leistungsaufnahme geht. Dies bedeutet, dass durch Schalten von Halbleitern, beispielsweise Transistoren, mit einer Frequenz im Bereich von 1 Hz bis 10 kHz in dem an sich für eine Gleichspannung vorgesehenen Verteilernetz auch Spannungsschwankungen oder Spannungsmodulationen oder sogar AC-Ströme und -spannungen (AC-Wechselstrom) erzeugt werden können, welche dem DC-Signal der Spannungsquelle, das heißt der Gleichspannung, die als Versorgungsspannung dient, überlagert sind.
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Die Komponenten können ihre Taktgeneratoren zum getakteten Schalten der Halbleiterschalter normalerweise untereinander nicht synchronisieren. Daher kann es beim Betrieb mehrerer Komponenten in einem elektrischen Verteilernetz vorkommen, dass sich die Wechselspannungen und/oder Wechselströme, die von den Komponenten zurück in das Verteilernetz eingetragen oder übertragen werden, derart überlagern, dass sich Schwingungen aufaddieren (konstruktive Überlagerung) und damit eine gegenseitige Störung der Komponenten verursacht wird. Eine Koordination des getakteten Schaltbetriebs von Halbleiterschaltern (Transistoren) solcher Komponenten, die gemeinsam an einem elektrischen Verteilernetz angeschlossen sind, könnte über ein Bussystem bewirkt werden. Dies bringt aber den klaren Nachteil mit sich, dass für die Implementierung eine eigene Hardware-Anordnung (Leitungen zwischen den Komponenten/Steuergeräten, Transceiver, PINs auf den Signalsteckern) vorzusehen wäre. Ferner kommunizieren teilweise nicht alle Komponenten auf dem gleichen Datenbus, so dass hier auch eine Umleitung über ein Gateway notwendig wäre. Dieser Umstand würde dann aber die Übertragungsgeschwindigkeit oder Übertragungsrate von Koordinationsnachrichten verringern. Dies steht aber der hohen Dynamik-Anforderung entgegen, die sich ergibt, wenn der Schaltbetrieb von elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug koordiniert werden soll.
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Aus der
DE 10 2015 221 066 A1 ist bekannt, dass in einem DC-Bordnetz (DC-Gleichstrom) mittels sogenannter Powerline-Communication (PLC) in dem Bordnetz ein Kurzschluss lokalisiert werden kann.
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Aus der
DE 10 2014 213 743 A1 ist bekannt, dass ein elektrisches Verteilernetz auf der Grundlage eines zentralen Kabelbaums und davon abzweigenden zonalen oder lokalen Netzwerkästen gebildet sein kann und hierbei auch eine PLC über einen solchen zonalen Kabelbaum ermöglicht werden kann. Die PLC wird hierbei als Ersatz für einen CAN-Bus oder einen LIN-Bus genannt.
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Aus der
DE 10 2004 056 123 A1 ist ein Nutzfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs bekannt, wobei mehrere Beleuchtungseinheiten an das Bordnetz angeschlossen sind, die mittels Schaltern betätigt werden können. Die Schalter betätigen auch hier zumindest einige der Beleuchtungseinheiten mittels PLC über das Bordnetz.
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Die
DE 10 2005 030 572 A1 beschreibt ein Kommunikationssystem mit einer Hauptstromleitung und einer Vielzahl an PLC-Netzen, die mit der Hauptstromleitung verbunden sind.
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Auch die
US 2016/0352388 A1 befasst sich mit PLC-Netzen zur Kommunikation innerhalb von Fahrzeugsystemen, insbesondere mit der zeitlichen Synchronisation von Netzwerkknoten mit einer Netzwerk-Uhr.
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Die Verwendung der PLC in einem elektrischen Verteilernetz als Kommunikationsmöglichkeit weist allerdings den Nachteil auf, dass sie Nachrichten auf der Basis eines Busprotokolls oder Nachrichtenprotokolls überträgt, was zu einer Verzögerung oder Latenz der übertragenen Nachrichten führt. Somit können sogenannte Low-Delay-Übertragungsanwendungen, wie beispielsweise die Koordination von Schaltvorgängen in elektrischen Komponenten, nur mit sehr schnellen Bus-Controllern ermöglicht werden, die aber entsprechend aufwendig in der Herstellung und damit kostspielig sind.
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Aus der
DE 10 2014 220 088 A1 ist bekannt, dass innerhalb einer elektrischen Batterie die Batteriezellen mit dem zentralen Batteriesteuergerät über die elektrischen Stromleitungen kommunizieren können, die in der Batterie die Batteriezellen miteinander verbinden. Zum Aufmodulieren von Datensignalen wird derjenige Leistungsschalter verwendet, mittels welchem auch der Batteriestrom geschaltet wird. Nachteil hierbei ist, dass somit der Batteriestrom stets nur ganz abgeschaltet oder ganz eingeschaltet werden kann, also insbesondere ein großer Batteriestrom geschaltet werden muss, um eine Nachricht übertragen zu können. Eine Trennung der Schaltvorgänge für die Batteriespannung zum Übertragen von elektrischer Leistung von denjenigen für die zu übertragenden Informationen ist damit nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Komponenten, die an ein gemeinsames elektrisches Verteilernetz angeschlossen sind, in Bezug auf ihren Betrieb untereinander zu koordinieren.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
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Durch die Erfindung ist ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das ein elektrisches Bordnetz oder Verteilernetz zum Übertragen einer elektrischen Versorgungsspannung von einer elektrischen Spannungsquelle hin zu mehreren elektrischen Komponenten aufweist. Bei der Versorgungsspannung handelt es sich dabei insbesondere um eine Gleichspannung, das heißt, es findet keine Umkehr der Polarisation zwischen der Plusleitung und der Minusleitung des Verteilernetzes statt. Die Spannungsquelle kann elektrische Leistung bereitstellen, die über das elektrische Verteilernetz hin zu den elektrischen Komponenten übertragen wird, welche die elektrische Leistung dann verbrauchen können, um beispielswiese mechanische Leistung abzugeben. Es kann auch umgekehrt eine Übertragung von elektrischer Leistung von den elektrischen Komponenten hin zu der Spannungsquelle vorgesehen sein, beispielsweise in einem rekuperativen Betrieb des Kraftfahrzeugs. Ein Beispiel für eine elektrische Komponente ist ein Steuergerät einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs. Durch das Steuergerät kann ein Stromrichter bereitgestellt sein, welcher die Versorgungsspannung in eine Wechselspannung für die elektrische Maschine wandelt.
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An das Verteilernetz ist zusätzlich eine Sendeschaltung angeschlossen, welche dazu eingerichtet ist, ein der Versorgungsspannung überlagertes Rundsteuersignal zum Koordinieren der Komponenten auszusenden. Das Rundsteuersignal kann also beispielsweise auf die Versorgungsspannung aufmoduliert sein. Die Sendeschaltung prägt oder speist das Rundsteuersignal in das Verteilernetz ein. Die elektrischen Komponenten, die an das Verteilernetz angeschlossen sind, sind dazu eingerichtet, das Rundsteuersignal aus dem Verteilernetz zu empfangen und jeweils mittels einer vorbestimmten Koordinationsroutine einen zeitlichen Verlauf zumindest eines Steuervorgangs in der jeweiligen Komponente in Abhängigkeit von dem Rundsteuersignal einzustellen. Mit anderen Worten wird durch das Rundsteuersignal ein Trigger oder Auslöser vorgegeben, ab welchem dann der zeitliche Verlauf des jeweiligen Steuervorgangs in der jeweiligen Komponente beginnt oder gestartet wird. Es kann auch ein zeitlicher Versatz zwischen dem Trigger des Rundsteuersignals und dem Beginn des jeweiligen Steuervorgangs vorgesehen sein.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Sendeschaltung das Rundsteuersignal über das Verteilernetz an alle elektrischen Komponenten verteilt oder übertragen werden kann und dann die Komponenten ihren jeweiligen Steuervorgang in zeitlicher Abhängigkeit oder zeitlicher Korrelation in Bezug zum Rundsteuersignal mittels der Koordinationsroutine steuern oder einstellen. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein koordinierter Betrieb der Komponenten, da sich alle Komponenten an demselben Rundsteuersignal orientieren. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Verteilernetz um ein Hochvolt-Verteilernetz handelt, bei welchem die Spannungsquelle als Versorgungsspannung eine Gleichspannung mit einem Spannungswert größer als 60 V erzeugt. Dies ist ein genügend großer Spannungswert, um zusätzlich noch das Rundsteuersignal aufzumodulieren, ohne dass es hierbei zu einer Umkehr der Polarität kommt oder Funkstörungen einen Einfluss haben. Die Sendeschaltung zum Überlagern des Rundsteuersignals über die Versorgungsspannung kann beispielsweise über eine elektrische Kapazität oder einen Kondensator mit dem Verteilernetz gekoppelt sein, um das Rundsteuersignal als eine Wechselspannung auf die Versorgungsspannung aufzumodulieren.
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Erfindungsgemäß weisen die elektrischen Komponenten jeweils einen Taktgenerator für einen Schalttakt von jeweiligen Schaltelementen der Komponente auf, und die besagte Koordinationsroutine ist dazu eingerichtet, eine Schaltfolge der Schaltelemente, das heißt eine zeitliche Abfolge von Schaltvorgängen, in Abhängigkeit von dem Rundsteuersignal und in Abhängigkeit von in der jeweiligen Komponente gespeicherten, komponentenspezifischen Konfigurationsdaten einzustellen. Mit anderen Worten werden also Schaltzeitpunkte für die jeweiligen Schaltelemente in Abhängigkeit vom Rundsteuersignal eingestellt, und zwar in zeitliche Relation zum Signalverlauf des Rundsteuersignals. Die Konfigurationsdaten beschreiben dabei für jedes Steuergerät ein auf die Konfigurationsdaten jeder anderen Komponente gemäß einem vorbestimmten Koordinationskriterium abgestimmtes Schaltverhalten, das sich auf einen zeitlichen Verlauf des Rundsteuersignals bezieht. Dies bedeutet, dass in jedem Steuergerät die Konfigurationsdaten angeben, in welchem zeitlichen Versatz oder in welcher zeitlichen Relation, beispielsweise mit welcher zeitlichen Verzögerung, das Schaltverhalten des zumindest einen Schaltelements in Bezug auf das Rundsteuersignal eingestellt werden soll. Die Konfigurationsdaten der Steuergeräte können beispielsweise vorgeben, dass alle Steuergeräte mit dem gleichen zeitlichen Versatz in Bezug auf das Rundsteuersignal schalten sollen, was dazu führt, dass alle Steuergeräte ihre Schaltelemente im selben Takt oder zeitgleich schalten. Hierzu könnten in den zeitgleich zu schaltenden Komponenten die gleiche Konfigurationsdaten gespeichert sein, wodurch sich als Koordinationskriteriums „zeitgleiches Schalten“ ergeben würde. Hierdurch können die Komponenten zeitgleich reagieren. Dagegen kann mittels der Konfigurationsdaten ein zeitlicher Versatz der Schaltfolge oder der Schaltvorgänge in den unterschiedlichen Steuergeräten bewirkt werden, so dass die Komponenten ihre Schaltelemente zeitlich versetzt zueinander schalten, wodurch sich als Koordinationskriterium „zeitversetztes Schalten“ ergeben würde. Hierdurch kann ein Verlauf der Versorgungsspannung geglättet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei den Komponenten um Wechselrichter und/oder DC-DC-Wandler und/oder Stromrichter handelt, die jeweils mittels Schaltelementen, beispielsweise Transistoren, elektrische Leistung schalten. Der jeweilige Taktgenerator kann beispielsweise einen Takt für eine Pulsweitenmodulation vorgeben. Ein koordinierter Betrieb der Komponenten bewirkt hierbei, dass mittels der Konfigurationsdaten eine über das elektrische Verteilernetz verursachte gegenseitige Beeinflussung vermindert oder minimiert werden kann. Das Koordinationskriterium kann dabei in der besagten Weise ein zeitgleiches oder ein zeitversetztes Schalten der Schaltelemente vorgeben. Für ein zeitversetztes Schalten kann durch die Konfigurationsdaten z.B. in einer Komponente vorgegeben werden: „2ms nach dem Takt aus dem Rundsteuersignal schalten“, während in einer anderen Komponente die Konfigurationsdaten vorgeben können: „4ms nach dem Takt aus dem Rundsteuersignal schalten“. Dies bewirkt einen Schaltversatz von 2ms zwischen den beiden Komponenten.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In einer Ausführungsform werden durch das Rundsteuersignal eine Schaltfrequenz und/oder Schaltzeitpunkte und/oder unabhängige, einzelne Taktschläge eines Taktsignals vorgegeben. Das Rundsteuersignal kann also pauschal die Schaltfrequenz vorgeben, die beispielsweise in einem Bereich von 50 Hz bis 20 kHz liegen kann. Das Rundsteuersignal kann diese Schaltfrequenz beispielsweise als Wert vorgeben. Zusätzlich oder alternativ dazu können Schaltzeitpunkte durch das Rundsteuersignal beispielsweise vorgegeben werden, indem ein Puls-Pause-Verhältnis eines Tastgrads (Duty Cycle) als kodierter Zahlenwert oder durch Pulse vorgegeben wird. Das Rundsteuersignal kann aber auch jeden einzelnen Taktschlag des Taktsignals vorgeben, so dass also das Rundsteuersignal beispielsweise einen Schaltpuls oder allgemein ein Schaltsignal immer dann vorgibt oder enthält, wenn ein Takt des Taktsignals vorliegt. So kann auch ein unregelmäßiges Taktsignal direkt durch das Rundsteuersignal vorgegeben oder übertragen werden. Dies erfolgt dann also ohne ein digitales Protokoll.
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In einer Ausführungsform umfasst die besagte Koordinationsroutine, mittels welcher jedes Steuergerät den zumindest einen Steuervorgang in Abhängigkeit von dem Rundsteuersignal einstellt, dass die Komponenten zueinander zeitlich versetzt oder im Gleichtakt zueinander geschaltet werden. Hierdurch kann der beschriebene Vorteil einer Minimierung einer gegenseitigen Beeinflussung erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Koordinationsroutine umfassen, dass jeweilige Schaltfrequenzen der Komponente voneinander abhängig eingestellt werden. Es kann also vorgesehen sein, dass die Schaltfrequenz einer Komponente ein ganzzahliges Vielfaches oder einen vorgegebenen Bruchteil oder allgemein einen Faktor oder ein Verhältnis zu einer Schaltfrequenz einer anderen Komponente einstellt, wobei das Rundsteuersignal als Referenz dient. Die Abhängigkeit kann sich somit indirekt ergeben. Die Komponente empfängt also als Rundsteuersignal eine Information über einen Schalttakt oder eine Schaltfrequenz und ihre Koordinationsroutine berechnet daraus den in der Komponenten zu verwendenden Schalttakt oder die Schaltfrequenz, z.B. durch Halbieren oder Verdoppeln der empfangenen Schaltfrequenz.
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In einer Ausführungsform weist das besagte elektrische Bordnetz oder Verteilernetz eine Sterntopologie auf, das heißt, ausgehend von einem Sternpunkt verzweigt sich das Verteilernetz zu den einzelnen Komponenten mittels einzelner Netzzweige, wobei mindestens zwei oder drei Netzzweige vorgesehen sind. Jeder Netzzweig kann eine Plusleitung und eine Minusleitung (beispielsweise jeweils zumindest einen Draht oder zumindest eine Litze oder zumindest eine Stromschiene) aufweisen. Die besagte Sendeschaltung zum Aussenden des Rundsteuersignals ist dabei an dem Sternpunkt der Sterntopologie angeschlossen. Im Sternpunkt kann die Sendeschaltung in vorteilhafterweise Weise in jeden Zweig des Verteilernetzes mit gleicher Signalstärke hineinsenden, und zwar unabhängig von jedem anderen Netzzweig. Im jeweiligen Zweigende der Netzzweige kann ein reflexionsfreier Abschlusswiderstand vorgesehen sein. Hierdurch ist die Übertragung des Rundsteuersignals für jeden Netzzweig unabhängig von jedem anderen Netzzweig festlegbar oder einstellbar.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sendeschaltung außerhalb des Sternpunkts angeschlossen ist oder in einem Verteilernetz ohne Sterntopologie. In einer Ausführungsform ist die Sendeschaltung in diesem Zusammenhang dazu eingerichtet, das Rundsteuersignal in Abhängigkeit von Impedanzdaten, welche eine Sternimpedanz des Verteilernetzes beschreiben, einzustellen. Hierdurch ist es möglich, die Sendeschaltung im Falle einer Sterntopologie auch außerhalb des Sternpunkts anzuschließen und in den einzelnen Netzzweigen einen Mindestpegel des Rundsteuersignals sicherzustellen. Das Rundsteuersignal kann hierbei beim Einspeisen durch die Sendeschaltung in Abhängigkeit von den Impedanzdaten eingestellt werden, um Reflektionen am Sternpunkt und/oder den Zweigenden der Netzzweige zu kompensieren.
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In einer Ausführungsform umfasst die besagte Spannungsquelle, welche die Versorgungsspannung bereitstellt, eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie. Die Sendeschaltung ist dabei bevorzugt an einem Anschlusspunkt mit dem Verteilernetz angeschlossen, über welchen auch die Batterie an das Verteilernetz angeschlossen ist. In vorteilhafterweise kann der geringe Innenwiderstand der Batterie zum Vermeiden von Reflexionen genutzt werden.
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In einer Ausführungsform ist die Sendeschaltung dazu eingerichtet, das Rundsteuersignal als ein analoges Taktsignal auf die Versorgungsspannung aufzumodulieren. Mit anderen Worten wird das Rundsteuersignal ohne Protokoll und/oder ohne eine Adressierung als analoger zeitlicher Verlauf, welcher unmittelbar das Taktsignal beschreibt, ausgesendet. Als Taktsignal kann das Rundsteuersignal einen Takt in einem Bereich von 50 Hz bis mehr als 5 kHz, insbesondere bis 20 kHz, beschreiben. Das Rundsteuersignal kann dabei nach dem Auskoppeln in einer Komponente unmittelbar zum Betreiben eines Taktgenerators genutzt werden, wofür beispielsweise eine PLL (Phase Locked Loop) in der jeweiligen Komponente bereitgestellt sein kann, um den Taktgenerator auf das Rundsteuersignal aufzusynchronisieren. Alternativ dazu kann das Rundsteuersignal mit einem PLC-Busprotokoll versendet werden, das heißt, es kann eine Adressierung und/oder ein Nachrichten-Identifikator für einzelne Pakete oder Nachrichten vorgesehen sein, aus welchen das Rundsteuersignal besteht.
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In einer Ausführungsform umfassen die Komponenten zumindest eine der folgenden: eine Steuerschaltung für einen elektrischen Antriebsmotor, also eine Steuerschaltung mit einem Wechselrichter oder allgemein einem Stromrichter; eine Steuerschaltung für einen Kompressormotor einer Klimaanlage, wobei die Steuerschaltung ebenfalls mit einem Wechselrichter oder allgemein einen Stromrichter zum Betreiben des Kompressormotors ausgestaltet sein kann.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Durch den Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ergibt sich ein Verfahren, das ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Koordinieren eines Betriebs von elektrischen Komponenten eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren geht davon aus, dass über ein elektrisches Verteilernetz eine elektrische Versorgungsspannung von einer elektrischen Spannungsquelle zu mehreren elektrischen Komponenten übertragen wird. An diesem Verteilernetz wird auch eine Sendeschaltung betrieben, welche ein Rundsteuersignal aussendet, indem sie das Rundsteuersignal beispielsweise als Wechselspannungsanteil der Versorgungsspannung aufmoduliert und/oder eine Stromstärke eines Versorgungsstroms moduliert. Das Rundsteuersignal koordiniert die elektrischen Komponenten. Mit anderen Worten wird ein der Versorgungsspannung überlagertes Rundsteuersignal zum Koordinieren der Komponenten durch die Sendeschaltung ausgesendet. Die Komponenten empfangen das Rundsteuersignal aus dem Verteilernetz und stellen jeweils mittels einer vorbestimmten Koordinationsroutine einen zeitlichen Verlauf zumindest eines Steuervorgangs in Abhängigkeit von dem Rundsteuersignal in der jeweiligen Komponente ein. Die Koordinationsroutine kann mittels einer analogen Schaltung zum Steuern einer elektrischen Steuerschaltung in der jeweiligen Komponente realisiert sein, indem das Rundsteuersignal beispielsweise als Taktsignal oder allgemein als Stellsignal mittels der analogen Schaltung in die elektronische Steuerschaltung eingespeist wird. Die Koordinationsroutine kann zusätzlich oder alternativ dazu auf einer digitalen Verarbeitung des Rundsteuersignals basieren, also beispielsweise mittels zumindest eines Mikrocontrollers und/oder eines Mikroprozessors realisiert sein. Instruktionen zum Realisieren der Koordinationsroutine können in einem Datenspeicher gespeichert sein, welcher mit dem zumindest einen Mikrocontroller und/oder dem zumindest einen Mikroprozessor gekoppelt sein kann.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben wurden. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur:
- Fig. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen kann.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann ein elektrisches Bordnetz oder Verteilernetz 11 bereitgestellt sein, über welches aus einer Spannungsquelle 12 eine elektrische Versorgungsspannung 13 an mehrere Komponenten 14 des Kraftfahrzeugs 10 übertragen werden kann. Die Komponenten 14 sind in der Figur durch einzelne Bezeichnungen Comp1 bis CompN unterschieden, wobei die Gesamtanzahl N größer oder gleich 2 sein kann. Auslassungspunkte 15 veranschaulichen, dass mehr oder weniger als die dargestellten Komponenten 14 an das Verteilernetz 11 angeschlossen sein können. Zum Übertragen der Versorgungsspannung 13 als Gleichspannung können durch das Verteilernetz 11 eine Plusleitung 16 und eine Minusleitung 17 bereitgestellt sein, zwischen denen die Spannungsquelle 12 die Versorgungsspannung 13 erzeugen kann. Dargestellt ist, dass das Verteilernetz 11 eine Sterntopologie 18 aufweisen kann, bei welcher in einem Sternpunkt 19 mehrere Netzzweige 20 angeschlossen sein können, über welche jeweils eine oder mehrere der Komponenten 14 mit dem Sternpunkt 19 verbunden sein kann.
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In dem Sternpunkt 19 kann die Spannungsquelle 12 angeschlossen sein. Die Spannungsquelle 12 kann hierzu beispielsweise als Batterie ausgestaltet sein oder zumindest eine Batterie umfassen. An das Verteilernetz 11 kann beispielsweise im Sternpunkt 19 eine Sendeschaltung 21 angeschlossen sein, durch welche in das Verteilernetz 11 ein Rundsteuersignal 22 ausgesendet werden kann, von dem ein beispielhafter zeitlicher Verlauf über der Zeit t in der Figur in einem Diagramm 23 dargestellt ist, welches über der Zeit t beispielhaft eine Amplitude H des Rundsteuersignals 22 veranschaulicht. Das eingespeiste Rundsteuersignal 22 kann beispielsweise mittels einer Modulation der Versorgungsspannung 13 aufmoduliert oder überlagert sein. Die Komponenten 14 können das Rundsteuersignal 22 aus dem Verteilernetz 11 empfangen und beispielsweise mittels einer elektrischen Kapazität oder eines Kondensators auskoppeln oder von der Versorgungsspannung 13 trennen. Mittels des Rundsteuersignals 22 kann in jeder Komponente eine Koordinationsroutine 24 gesteuert werden, so dass durch die Koordinationsroutine 24 zumindest ein Schaltvorgang in der jeweiligen Komponente 14 zeitlich abhängig von dem Rundsteuersignal 22 ausgeführt oder durchgeführt wird. Beispielsweise kann in zumindest einer Komponente oder mehreren Komponenten 14 vorgesehen sein, dass Schaltelemente 25, wie sie beispielsweise Bestandteil eines Schaltwandlers oder Stromrichters oder Gleichspannungswandlers zum Schalten von elektrischer Leistung vorgesehen sein können, mittels des Rundsteuersignals 22 taktsynchron oder in einem Gegentakt oder zeitlich versetzt geschaltet werden. Hierdurch kann eine Rückwirkung der Schaltvorgänge in den Komponenten 14 in das Verteilernetz 11 oder eine gegenseitige Beeinflussung der Komponenten 14 über das Verteilernetz 11 verringert oder minimiert werden. Das Rundsteuersignal 22 kann in dem Sternpunkt 19 zwischen einem Plus-Anschluss 26 und einem Minus-Anschluss 27 als Wechselspannungssignal eingespeist werden. Die maximale Amplitude des Amplitudenverlaufs A des Rundsteuersignals 22 kann hierbei kleiner als der Spannungswert der Versorgungsspannung 13 sein, so dass weiterhin eine DC-Versorgung in dem Verteilernetz 11 vorliegt.
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Die Sendeschaltung 21 kann auf einer elektrischen Schaltung basieren, welche auch zum Realisieren einer PLC vorgesehen sein kann.
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In jeder Komponente 14 können Konfigurationsdaten 28 gespeichert sein, welche angeben, mit welchem zeitlichen Versatz ein Schaltvorgang oder mehrere Schaltvorgänge in der jeweiligen Komponente 14 in Abhängigkeit oder in Relation zu einer Signalflanke 29 des Rundsteuersignals 22 geschaltet werden sollen. Die Konfigurationsdaten 28 können digital oder aber auch schaltungstechnisch analog vorgegeben sein, also als Konfigurationsinformation.
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Durch die Konfigurationsdaten 28 ergibt sich ein koordiniertes Schaltverhalten von Schaltelementen 25 der Komponenten 14 über die Komponenten 14 hinweggesehen.
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In der folgenden Zusammenfassung wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Verteilernetz 11 um einen Hochvolt-Kreis (HV-Kreis) handelt.
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Die Idee greift somit insgesamt das System eines Rundsteuersignals 22 oder einer der Power-Line-Communication (PLC) auf. Um keine zusätzliche Leitung und ähnliches für die Kommunikation schaffen zu müssen, wird das Rundsteuersignal 22 als Kommunikationssignal, welches an die Komponenten 14 des HV-Kreises oder Verteilernetzes 11 übermittelt werden soll, auf dem HV-Leitungssatz aus Plusleitung 16 und Minusleitung 17 übertragen.
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Möchte beispielsweise eine HV-Komponente 14 allen anderen HV-Komponenten 14 (HV - Hochvolt) eine Nachricht als Rundsteuersignal 22 übermitteln, und soll dies hochdynamisch geschehen, so kann dies über den DC-Leitungssatz (Plusleitung 16 und Minusleitung 17) geschehen.
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Die Figur zeigt hierzu eine vereinfachte Block-Darstellung des HV-Kreises eines Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenfahrzeugs als Kraftfahrzeug 10. Die HV-Leitungen des HV-Kreises verteilen sich sternartig, ausgehend von der HV-Batterie an die Komponenten. Die Sendeschaltung 21 als Kommunikationsquelle sitzt in der Batterie und verteilt von dort aus das Rundsteuersignal 22 als Informationssignal (exemplarischer Signalverlauf dargestellt) Bei dem Informationssignal oder Rundsteuersignal 22 kann es sich in physikalischer Hinsicht sowohl um eine Spannung z.B. in einem DC-Zwischenkreis (der Batteriespannung überlagert) handeln, als auch um ein Stromsignal, welches parallel in alle Netzzweige 20 versandt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dient die PLC dazu, die Taktgeneratoren der HV-Komponenten untereinander abzustimmen. Das heißt: Taktet z.B. HV-Komponente Comp1 (z.B. Pulswechselrichter zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine) mit einer exemplarischen Frequenz von 7 kHz und eine weiter HV-Komponente Comp2, z.B. der Pulswechselrichter eines Klimakompressors mit einer Frequenz von 14 kHz, so können diese sich mittels zentralem Taktgeber, der das Rundsteuersignal erzeugt, aufeinander abstimmen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Sendeschaltung als Informationsquelle, welche Informationen an die Teilnehmer des HV-Kreises verteilt, im Sternpunkt 19 des HV-Verteilernetzes. Dies kann z.B. die Batterie, oder eine der Batterie nachgeschaltete Einheit sein.
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In einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Sendeschaltung als Kommunikations-Quelle nicht in der zentralen Einheit (z.B. HV-Batterie), sondern in einer der HV-Komponenten. Hierfür können zusätzliche Informationen, wie etwa die Systemimpedanz, durch Impedanzdaten, um eine korrekte und stabile Informationsübertragung zu anderen HV-Komponenten des HV-Verteilernetzes zu gewährleisten. Unter Verwendung der betreffenden Zusatzinformationen oder Impedanzdaten ist die Verortung der Kommunikations-Quelle in einer HV-Komponente jedoch möglich.
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Es ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:
- - Austausch von Informationen zwischen den Komponenten des HV-Kreises (Verteilernetz).
- - Darstellung dynamischer Übertragungsraten ohne aufwändige Bussysteme.
- - Keine Zusatzkosten durch Darstellung von Leitungssätzen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine dynamische Kommunikation im HV-Verteilernetz eines Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellenfahrzeugs durch Verwendung von Rundsteuersignalen und/oder Nutzung einer Power-Line-Communication (PLC) bereitgestellt werden kann.
