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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Betreiben eines eine Energieversorgungseinrichtung und eine Mehrzahl von Verbrauchern umfassenden Energiebordnetzes für ein Fahrzeug sowie auf ein Energiebordnetz.
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Fahrzeuge weisen ein Bordnetz und immer mehr elektrische Komponenten auf, die mit elektrischer Energie versorgt werden. Üblicherweise ist das Bordnetz dabei als ein passives Element ausgelegt. Mit einer zusätzlichen Schutzbeschaltung kann verhindert werden, dass die elektrischen Komponenten durch eine Welligkeit des Stroms und der Spannung in dem Bordnetz zu Schaden kommen.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Steuereinheit zum Betreiben eines Energiebordnetzes für ein Fahrzeug sowie ein verbessertes Energiebordnetz gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch den vorgestellten Ansatz wird es ermöglicht, die Welligkeit in einem Energiebordnetz aktiv zu reduzieren. Dadurch können potentielle durch Fahrzeugkomponenten oder Verbraucher verursachte Stör- oder Fehlerquellen reduziert werden. Der vorgestellte Ansatz bezieht sich demnach auf eine aktive Gegenmaßnahme, sodass das Problem in der Entstehung von Welligkeiten vermindert oder gar verhindert werden kann. So werden auch Schäden verhindert, die beispielsweise trotz einer Schutzbeschaltung auftreten können. Vorteilhafterweise kann ein störfreier Betrieb des Energiebordnetzes erreicht werden, ohne dass ein Fahrzeuginsasse erforderliche Eingriffe zum Reduzieren der Welligkeit wahrnimmt.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines eine Energieversorgungseinrichtung und eine Mehrzahl von Verbrauchern umfassenden Energiebordnetzes für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Einlesens eines Welligkeitssignals über eine Schnittstelle zu einer Sensoreinheit umfasst. Das Welligkeitssignal repräsentiert eine durch einen aktiven Verbraucher der Mehrzahl von Verbrauchern verursachte Welligkeit einer elektrischen Spannung und zusätzlich oder alternativ eines elektrischen Stroms innerhalb des Energiebordnetzes. Weiterhin einen Schritt des Ermittelns eines zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Verbrauchers aus der Mehrzahl von Verbrauchern und einen Schritt des Bereitstellens eines Ansteuersignals an eine Schnittstelle zu dem geeigneten Verbraucher, um den geeigneten Verbraucher in einen zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Betriebszustand zu versetzen.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein zweispuriges Fahrzeug, beispielsweise als ein Personenkraftwagen (PKW) ausgeführt sein. Die Energieversorgungseinrichtung kann beispielsweise als eine Hochvoltbatterie realisiert sein, die ausgebildet sein kann, um die Mehrzahl von Verbrauchern, das bedeutet eine Mehrzahl von Fahrzeugkomponenten direkt oder über einen Wandler mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Mehrzahl von Verbrauchern können beispielsweise Fahrzeugfunktionen ausführen und in dem Fahrzeug verteilt angeordnet sein. Das Verfahren kann vorteilhafterweise derart durchgeführt werden, dass eine Energieverteilung des Energiebordnetzes aktiv geregelt und beispielsweise angepasst wird. Die Sensoreinheit kann dabei als Messtechnik realisiert sein, die vorteilhafterweise die Welligkeit unter Verwendung eines Welligkeitswertes messen kann, der im Verlauf des Verfahrens verarbeitet werden kann. Die Welligkeit kann beispielsweise auch als Stromwelligkeit und zusätzlich oder alternativ als Spannungswelligkeit innerhalb des Energiebordnetzes gemessen werden. Die Welligkeit kann beispielsweise durch eine Frequenz und/oder Amplitude einer Schwankung einer von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellten Spannung um einen Sollspannungswert und/oder durch eine Frequenz und/oder Amplitude einer Schwankung eines von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellten Stroms definiert sein. Eine geringe Welligkeit kann dabei ohne Auswirkung auf einen störungsfreien Betrieb des Energiebordnetzes sein. Eine erhöhte Welligkeit kann dagegen zu Störungen führen. Um solche Störungen zu vermeiden kann die Welligkeit gemäß dem hier beschriebenen Ansatz reduziert werden. Der aktive Verbraucher kann einer der Fahrzeugkomponenten entsprechen, die zu einem Zeitpunkt der Welligkeitsmessung in Betrieb ist und entsprechend die Welligkeit verursacht oder mitverursacht. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Fahrzeugkomponente um einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs handeln. Die durch den Betrieb des aktiven Verbrauchers verursachte Welligkeit kann reduziert werden, indem ein Betriebszustand des aktiven Verbrauchers oder eines anderen geeigneten Verbrauchers auf geeignete Weise modifiziert wird. Beispielsweise kann ein Betrieb eines weiteren Verbrauchers, beispielsweise eines Klimakompressors oder eines weiteren Antriebs, so gesteuert werden, dass die Welligkeit im Energiebordnetzes reduziert wird. Der zum Reduzieren der Welligkeit geeignete Verbraucher kann beispielsweise unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, einer Zuordnungsvorschrift oder einer Künstlichen Intelligenz ausgewählt werden. In entsprechender Weise kann der zum Reduzieren der Welligkeit geeignete Betriebszustand des ausgewählten Verbrauchers ausgewählt werden. Dabei kann ausgenutzt werden, dass sich von unterschiedlichen Verbrauchern verursachte Schwankungen im Energiebordnetz überlagen können und somit gemeinsam eine Charakteristik der Welligkeit beeinflussen. Wenn der Einfluss des geeigneten Verbrauchers auf die Welligkeit vorbekannt ist, kann dieser Verbraucher geeignet betrieben werden, um eine gemessene Welligkeit im Energiebordnetz zu reduzieren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns der geeignete Verbraucher ermittelt werden, wenn die Welligkeit einen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann beispielsweise vorgegeben oder voreingestellt sein, sodass er als Referenz für einen fehler- oder störungsarmen Betrieb des oder der Verbraucher im Verfahren genutzt werden kann. Beispielsweise kann der Schwellenwert eine maximal zulässige Amplitude einer Strom- und/oder Spannungsschwankung definieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Schwellenwert oder ein weiterer überwachter Schwellenwert eine maximale Frequenz einer Strom- und/oder Spannungsschwankung definieren. Es können somit auch mehrerer Schwellenwerte für sich alleine genommen oder in Kombination zum Überwachen der Welligkeit verwendet werden.
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Im Schritt des Ermittelns kann der geeignete Verbraucher als ein sich von dem aktiven Verbraucher unterscheidender Verbraucher ermittelt werden. Vorteilhafterweise können der geeignete Verbraucher und der aktive Verbraucher Teil der Mehrzahl von Verbrauchern sein. Weiterhin können beide Verbraucher beispielsweise als Antriebseinheiten oder Elektromotoren realisiert sein, die jedoch unterschiedliche Fahrzeugfunktionen antreiben können. Weiterhin können auch mehrere geeignete Verbraucher ermittelt werden, die angesteuert werden können, um die Welligkeit im Zusammenspiel anzupassen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bereitstellens das Ansteuersignal bereitgestellt werden, um den geeigneten Verbraucher drosseln, zuschalten oder abschalten zu können. Durch das Drosseln, Zuschalten oder Abschalten kann der geeignete Verbraucher vorteilhafterweise in den geeigneten Betriebszustand versetzt werden, um die Welligkeit zu verändern. Der geeignete Betriebszustand kann demnach beispielsweise durch eine Reduzierung oder Erhöhung einer Leistung des geeigneten Verbrauchers erreicht werden oder durch ein vollständig zu- oder abschalten des geeigneten Verbrauchers erreicht werden.
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Im Schritt des Bereitstellens kann das Ansteuersignal bereitgestellt werden, um den geeigneten Verbraucher in den geeigneten Betriebszustand zu versetzen, der sich innerhalb eines Toleranzbereichs um einen, beispielsweise von einem Insassen des Fahrzeugs angeforderten Sollzustand des geeigneten Verbrauchers befinden kann. Der Sollzustand kann beispielsweise für einen Sollbetrieb vorgegebene Drehzahl eines Elektromotors des geeigneten Verbrauchers repräsentieren, sodass der Toleranzbereich vorteilhafterweise eine Abweichung der Drehzahl von 10% bezüglich des Sollzustandes repräsentieren kann. Durch die Vorgabe des Toleranzbereichs kann erreicht werden, dass beispielsweise der Insasse nicht bemerkt, dass der Betriebszustand des geeigneten Verbrauchers zum Reduzieren der Welligkeit modifiziert wird.
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Im Schritt des Bereitstellens kann das Ansteuersignal bereitgestellt werden, um einen elektronischen Schalter zum Steuern eines Betriebs des geeigneten Verbrauchers ansteuern zu können. Der elektronische Schalter kann beispielsweise verwendet werden, um elektronisch zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen des geeigneten Verbrauchers umzuschalten. Die unterschiedlichen Betriebszustände können dabei unterschiedliche Einflüsse auf die Welligkeit haben.
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Das Verfahren kann in einem wiederholten Schritt des Einlesens das Welligkeitssignal ansprechend auf den Schritt des Bereitstellens des Ansteuersignals erneut einlesen. Das Welligkeitssignal kann dann eine durch den aktiven Verbraucher und den geeigneten Verbraucher verursachte Überlagerungswelligkeit der elektrischen Spannung und zusätzlich oder alternativ des elektrischen Stroms innerhalb des Energiebordnetzes repräsentieren. Die Überlagerungswelligkeit kann somit eine Gesamtwelligkeit repräsentieren, die sich aus der Überlagerung der von den Verbrauchern versuchten Schwankungen im Energiebordnetz ergibt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Speicherns des Ansteuersignals umfassen, wenn die Überlagerungswelligkeit einen Schwellenwert unterschreitet. Der Schritt des Speicherns kann durchgeführt werden, sodass eine erneute Durchführung des Verfahrens zu einem späteren Zeitpunkt unter Verwendung gespeicherter Daten erfolgen kann. In anderen Worten ausgedrückt kann sich das System merken, welche Verbraucher aktiv waren, um die den Schwellenwert unterschreitende Überlagerungswelligkeit zu erzeugen und somit die Wahrscheinlichkeit einer Systemstörung verringern. Dadurch kann eine zukünftige Auswahl eines oder mehrere geeigneter Verbraucher zum Reduzieren der Welligkeit optimiert werden.
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Weiterhin kann der Schritt des Bereitstellens erneut ausgeführt werden, um das Ansteuersignal an die Schnittstelle zu dem geeigneten Verbraucher bereitstellen zu können, um den geeigneten Verbraucher in einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten Betriebszustand versetzen zu können. Vorteilhafterweise kann der geeignete Verbraucher dabei weiterhin jedoch in einem abgeänderten Betriebszustand betrieben werden. Das bedeutet, dass die Funktionalität des geeigneten Verbrauchers beispielsweise temporär weiter gedrosselt werden kann, um auch die Überlagerungswelligkeit weiter reduzieren zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Ermittelns wiederholt durchgeführt werden, um einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten weiteren Verbraucher aus der Mehrzahl von Verbrauchern ermitteln zu können. Der Schritt des Bereitstellens kann erneut ausgeführt werden, um ein weiteres Ansteuersignal an eine Schnittstelle zu dem geeigneten weiteren Verbraucher bereitstellen zu können, um den geeigneten weiteren Verbraucher in einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten Betriebszustand versetzen zu können. Das bedeutet, dass der ursprüngliche geeignete Verbraucher weiterhin aktiv sein kann oder alternativ durch den weiteren Verbraucher ersetzt werden kann. Vorteilhafterweise kann dadurch die Überlagerungswelligkeit auch dann weiter reduziert werden, wenn dies durch den zuvor ausgewählten Verbraucher nicht weiter möglich ist.
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Der Schritt des erneuten Bereitstellens und zusätzlich oder alternativ der Schritt des Ermittelns kann unter Verwendung einer Künstlichen Intelligenz durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann durch Verwendung der Künstlichen Intelligenz (KI) bei nachfolgenden Durchgängen des Verfahrens Zeit eingespart werden, da die KI einen selbstlernenden Algorithmus aufweist, der die Auswahl eines oder mehrere zum Reduzieren einer aktuellen Welligkeit geeigneten Verbrauchers erleichtern kann.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Aktivierens des aktiven Verbrauchers ansprechend auf ein Aktiviersignal umfassen, das einen Aktivierungswunsch eines Nutzers repräsentieren kann. Das bedeutet, dass der Nutzer beispielsweise eine Fahrzeugfunktion und somit einen aus der Mehrzahl von Verbrauchern starten kann. Vorteilhafterweise kann durch das Verfahren die Welligkeit im Energiebordnetz nach Aktivieren des aktiven Verbrauchers überprüft und gegebenenfalls unter Verwendung eines geeigneten Verbrauchers entsprechend angepasst werden. Optional kann der geeignete Verbraucher bereits zusammen mit dem Aktivieren des aktiven Verbrauchers in den geeigneten Betriebszustand versetzt werden. Dadurch kann die Welligkeit von Vornherein angepasst werden. Anschließend kann die Welligkeit überprüft und der geeignete Betriebszustand des geeigneten Verbrauchers angepasst oder in entsprechender Weise ein weiterer geeigneter Verbraucher ausgewählt werden, um die Welligkeit weiter zu optimieren.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einheiten durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Steuereinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Eine Steuereinheit kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Steuereinheit kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Steuereinheit umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird.
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Es wird ferner ein Energiebordnetz für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Energiebordnetz eine Mehrzahl von Verbrauchern, eine Energieversorgungseinrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung und zusätzlich oder alternativ eines elektrischen Stroms zum Betrieb der Mehrzahl von Verbrauchern, eine Steuereinheit in einer zuvor genannten Variante und ein Leitungsnetz zum Verbinden der Energieversorgungseinrichtung, der Mehrzahl von Verbrauchern und der Steuereinheit aufweist.
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Das Energiebordnetz kann auch als Bordnetz bezeichnet sein. Die Energieversorgungseinrichtung kann beispielsweise als Batterie realisiert sein, die zum Betreiben mindestens eines der Verbraucher benötigt werden kann. Die Energieversorgungseinrichtung kann weiterhin beispielsweise als Hochvoltbatterie ausgeformt sein. Die Verbraucher können beispielsweise als Antriebseinheiten, beispielsweise Elektromotoren realisiert sein oder beispielsweise als andere Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise als ein Klimakompressor, eine Heizeinrichtung oder eine Beleuchtungseinrichtung ausgeführt sein.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einem Energiebordnetz gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines eine Energieversorgungseinrichtung und eine Mehrzahl von Verbrauchern umfassenden Energiebordnetzes für ein Fahrzeug; und
- 3 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Energiebordnetz 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Personenkraftwagen (PKW) realisiert, wobei das Energiebordnetz 102 alternativ auch für beispielsweise einem Lastkraftwagen (LKW) oder andere Fahrzeugarten realisierbar ist. Das Energiebordnetz 102 weist eine Energieversorgungseinrichtung 104, eine Mehrzahl von Verbrauchern 106, 107, 108, eine Steuereinheit 109 sowie ein Leitungsnetz 110 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 104 ist dabei beispielsweise als eine Fahrzeugbatterie oder Hochvoltbatterie realisiert, die ausgebildet ist, um eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom bereitzustellen. Anders ausgedrückt ist die Energieversorgungseinrichtung 104 ausgeformt, um die Verbraucher 106, 107, 108 mit elektrischer Energie zu versorgen. Folglich sind die Verbraucher 106, 107, 108 ausgeformt, um die elektrische Energie für ihren Betrieb zu verwenden. Die Steuereinheit 109 ist beispielsweise als ein Steuergerät realisiert oder in einem Steuergerät implementiert. Sie ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes 102, wie beispielsweise das hier beschriebene, anzusteuern und/oder durchzuführen. Das Verfahren wird in einer der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Das Leitungsnetz 110 ist ausgebildet, um die Energieversorgungseinrichtung 104, die Mehrzahl von Verbraucher 106, 107, 108 sowie die Steuereinheit 109 miteinander elektrisch leitfähig zu verbinden. Die Art und Anzahl der gezeigten Verbraucher 106, 107, 108 ist dabei lediglich beispielhaft gewählt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Energiebordnetz 102 eine optionale weitere Energieversorgungseinrichtung 112 und einen damit verbundenen Wandler 114 auf, der mit der Steuereinheit 109 verbunden ist. Die weitere Energieversorgungseinrichtung 112 ist beispielsweise als Niedervoltbatterie realisiert. Über den Wandler 114 können ein Hochvoltbereich und ein Niedervoltbereich des Energiebordnetzes 102 gekoppelt werden. Mit der Steuereinheit 109 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mindestens eine Verteilereinheit 116 gekoppelt, die ausgebildet ist, um die elektrische Energie an die entsprechenden Verbraucher 106, 107, 108 zu verteilen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher 106 beispielsweise als ein Antriebsmotor zum Antreiben eines oder mehrerer Vorderräder des Fahrzeugs 100, der Verbraucher 107 als ein Klimakompressor für eine Klimaanlage des Fahrzeugs 100 und der Verbraucher 108 als ein weiterer Antriebsmotor zum Antreiben eines oder mehrerer Hinterräder des Fahrzeugs 100 ausgeformt. Allgemein ausgedrückt können die Verbraucher 106, 107, 108 beliebige an das Energiebordnetz 102 angebundene technische Einrichtungen zur Ausführung von Fahrzeugfunktionen darstellen. Der Betrieb jedes einzelnen der Verbraucher 106, 107, 108 beeinflusst den Spannungspegel sowie den Stromfluss innerhalb des Energiebordnetzes 102.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Energiebordnetz 102 zwei Verteilereinheiten 116 auf, wobei eine in einem vorderen Bereich 118 des Fahrzeugs 100 und eine in einem hinteren Bereich 120 des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist mit jeder der Verteilereinheiten 116 eine Sensoreinheit 121 mit einer geeigneten Messtechnik zum Überwachen des Energiebordnetzes 102 gekoppelt.
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Das Energiebordnetz 102 kann auch als smartes Energiebordnetz zur Vermeidung von Strom- und Spannungswelligkeit bezeichnet werden. Dazu fungiert das Energiebordnetz 102 beispielsweise als ein aktiver Regler, welcher durch systematisches Schalten und Drosseln eines oder mehrere der Verbraucher 106, 107, 108 Strom- und Spannungsspitzen und somit Welligkeiten im Energiebordnetz 102 reduziert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Energiebordnetz 102 ganzheitlich basierend auf den wahrscheinlichsten Betriebszuständen analysiert. Dabei wird ermittelt, welche der Verbraucher 106, 107, 108 für sich alleine oder in Kombination für die Welligkeit innerhalb des Energiebordnetzes 102 verantwortlich sind oder welchen Einfluss sie auf die Welligkeit ausüben. Im Sinne der Glättungsstrategie für Strom- und Spannungswelligkeit werden andere der Verbraucher 106, 107, 108 ermittelt, die durch Drosselung, Zu- und Abschalten die im Energiebordnetz 102 bestehende oder erwartete Welligkeit überlagern und somit reduzieren. Das lässt sich im als Hochvolt-Bordnetz (HV) bezeichneten Abschnitt des Energiebordnetzes 102 beispielsweise über das Zusammenspiel von Antriebsmotor, beispielsweise einem der Verbraucher 106, 108, und Klimakompressor, also beispielsweise Verbraucher 107, realisieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird durch ein für die Fahrzeuginsassen nicht zu bemerkendes Regeln der einzelnen Verbraucher 106, 107, 108 oder zumindest eines der Verbraucher 106, 107, 108 die schädliche Welligkeit reduziert, ohne eine zusätzliche Dämpfungsschaltung einzusetzen. Beispielsweise wird das Funktionsprinzip über den Einsatz eines Selbstlernenden Algorithmus im Sinne der Künstliche Intelligenz weiter verfeinert. Der Algorithmus schaltet dazu beispielsweise basierend auf den Wunsch eines Insassen die einzelnen Verbraucher 106, 107, 108 zu und/oder ab. Dabei wird über die Messtechnik, das bedeutet mittels der Sensoreinheiten 121 die Welligkeit des Energiebordnetzes 102 aufgenommen. Anfangs wird eine Regulierung der oder zumindest eines der Verbraucher 106, 107, 108 anhand der berechneten Werkseinstellungen vorgenommen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel passt sich der Algorithmus mit der Zeit an, um auch auf Effekte wie das Anschließen von zusätzlichen Verbrauchern von den Fahrzeugnutzern oder durch die Alterung der Komponenten zu berücksichtigen.
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Das geregelte Energiebordnetz 102 zur Reduzierung und/oder Beseitigung der Welligkeit weist gemäß einem Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 109 auf, auf der beispielsweise ein Computerprogrammprodukt für das Regulieren der Verbraucher 106, 107, 108 aufgespielt ist. Eine Ausführung lediglich als Computerprogrammprodukt auf einen Zonensteuergerät ist alternativ ebenso denkbar. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise ausgebildet, um anhand von einem trainierten Idealzustand die nötigen Schaltvorgänge zu verbessern.
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Das Energiebordnetz 102 fungiert gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein elektronischer Schalter zur Drosselung, Aktivierung und Deaktivierung der Verbraucher 106, 107, 108. Dazu erfasst die mindestens eine Sensoreinheit 118 als erweiterte Messtechnik die Welligkeit im Energiebordnetz 102. Sofern erforderlich, wird entsprechend der gemessenen Welligkeit der Betrieb zumindest eines der Verbraucher 106, 107, 108 zur Reduzierung der Welligkeit angepasst.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines eine Energieversorgungseinrichtung und eine Mehrzahl von Verbrauchern umfassenden Energiebordnetzes für ein Fahrzeug. Durch das Verfahren 200 wird ein Energiebordnetz für ein Fahrzeug betrieben, wie sie beispielsweise in 1 beschrieben wurden. Das Verfahren 200 umfasst dazu einen Schritt 202 des Einlesens, einen Schritt 204 des Ermittelns und einen Schritt 206 des Bereitstellens. Im Schritt 202 des Einlesens wird ein Welligkeitssignal über eine Schnittstelle zu einer Sensoreinheit eingelesen, wobei das Welligkeitssignal eine durch einen aktiven Verbraucher der Mehrzahl von Verbrauchern verursachte Welligkeit einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms innerhalb des Energiebordnetzes repräsentiert. Beispielsweise repräsentiert das Welligkeitssignal eine Amplitude einer Spannungsschwankung der Spannung innerhalb des Energiebordnetzes.
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Im Schritt 204 des Ermittelns wird ein zum Reduzieren der Welligkeit geeigneter Verbraucher aus der Mehrzahl von Verbrauchern ermittelt. Im Schritt 206 des Bereitstellens wird ein Ansteuersignal an eine Schnittstelle zu dem geeigneten Verbraucher bereitgestellt, um den geeigneten Verbraucher in einen zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Betriebszustand zu versetzen.
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Das Verfahren 200 umfasst lediglich optional einen Schritt 208 des Aktivierens des aktiven Verbrauchers ansprechend auf ein Aktiviersignal, das einen Aktivierungswunsch eines Nutzers repräsentiert. Dieser Schritt 208 des Aktivierens wird beispielsweise vor dem Schritt 202 des Einlesens durchgeführt. Das bedeutet, dass der Nutzer einen Verbraucher, wie beispielsweise die Klimaanlage oder Heizung einschaltet, die von der Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Spannung und/oder Strom versorgt wird. Anschließend wird die Welligkeit innerhalb des Energiebordnetzes gemessen und gegebenenfalls der geeignete Verbraucher in den zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Betriebszustand versetzt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 204 des Ermittelns der geeignete Verbraucher ermittelt, wenn die Welligkeit einen Schwellenwert überschreitet. Das bedeutet, dass im Schritt 202 des Einlesens die Welligkeit als ein Welligkeitswert eingelesen wird und dieser Welligkeitswert beispielsweise im Schritt 204 des Ermittelns weiterverarbeitet wird. Der Schwellenwert ist beispielsweise als ein hinterlegter oder voreingestellter Grenzwert zu verstehen, der beispielsweise mit dem Welligkeitswert verglichen wird. Das aus dem Vergleich resultierende Vergleichsergebnis zeigt entsprechend an, ob die Welligkeit den Grenzwert überschreitet oder nicht. Weiterhin optional wird im Schritt 204 ermittelt, ob der geeignete Verbraucher sich von dem aktiven Verbraucher unterscheidet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Betriebszustand des aktiven Verbrauchers zum Reduzieren der Welligkeit angepasst werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 206 des Bereitstellens das Ansteuersignal bereitgestellt, um den geeigneten Verbraucher zu drosseln, zuzuschalten oder abzuschalten. Dadurch wird der geeignete Verbraucher in den zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Betriebszustand versetzt. Optional befindet sich der geeignete Betriebszustand innerhalb eines Toleranzbereichs um einen Sollzustand des geeigneten Verbrauchers. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn der geeignete Verbraucher bereits aktiv ist, und lediglich in seiner Leistung modifiziert wird, um die Welligkeit zu reduzieren. Dadurch wird sichergestellt, dass der geeignete Verbraucher weiterhin die von dem geeigneten Verbraucher angeforderte Funktion erbringen kann. Beispielsweise definiert der Toleranzbereich eine tolerierbare Drehzahländerung eines Elektromotors des geeigneten Verbrauchers.
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Optional wird das Ansteuersignal im Schritt 206 des Bereitstellens bereitgestellt, um einen elektronischen Schalter zum Steuern eines Betriebs des geeigneten Verbrauchers anzusteuern. Auf diese Weise kann der geeignete Betriebszustand des geeigneten Verbrauchers automatisiert angesteuert werden.
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Die Schritte des Verfahrens können wiederholt ausgeführt werden, um die Welligkeit kontinuierlich immer weiter reduzieren zu können.
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Beispielsweise kann in einem wiederholten Schritt 202 des Einlesens das Welligkeitssignal ansprechend auf den Schritt 206 des Bereitstellens des Ansteuersignals eingelesen werden, wobei das Welligkeitssignal dabei eine durch den aktiven Verbraucher und den geeigneten Verbraucher verursachte Welligkeit repräsentiert, die auch als Überlagerungswelligkeit der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms innerhalb des Energiebordnetzes bezeichnet wird. Auch der Schritt 206 des Bereitstellens wird beispielsweise erneut ausgeführt, um das Ansteuersignal an die Schnittstelle zu dem geeigneten Verbraucher bereitzustellen. Dadurch wird der geeignete Verbraucher in einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten Betriebszustand versetzt. Das bedeutet, dass der Betriebszustand des geeigneten Verbrauchers kontinuierlich angepasst werden kann, um die Welligkeit innerhalb des Energiebordnetzes immer weiter zu reduzieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 204 des Ermittelns vor dem Schritt 206 des Bereitstellens durchgeführt, sodass bei einer Wiederholung der Verfahrensschritte 202, 206 ebenfalls der Schritt 204 des Ermittelns wiederholt durchgeführt wird. Dabei wird beispielsweise ein zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneter weiterer Verbraucher aus der Mehrzahl von Verbrauchern ermittelt. Folglich wird der Schritt 206 des Bereitstellens erneut ausgeführt, um ein weiteres Ansteuersignal an eine Schnittstelle zu dem geeigneten weiteren Verbraucher bereitzustellen, um den geeigneten weiteren Verbraucher in einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten Betriebszustand zu versetzen. Das bedeutet, dass der ursprüngliche geeignete Verbraucher entweder weiterhin aktiv ist oder beispielsweise ersetzt wird. Somit können bei einer wiederholten Ausführung des Verfahrens nach und nach andere und/oder weitere Verbraucher zum Reduzieren der Welligkeit angesteuert werden.
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Lediglich optional wird der erneute Schritt 206 des Bereitstellens und/oder der erneute Schritt 204 des Ermittelns unter Verwendung einer Künstlichen Intelligenz (KI) durchgeführt. Die Künstliche Intelligenz ist beispielsweise als ein selbstlernender Algorithmus realisierbar. Das Verfahren 200 umfasst weiterhin optional einen Schritt 210 des Speicherns des Ansteuersignals, wenn die Überlagerungswelligkeit einen Schwellenwert unterschreitet. Das bedeutet, dass in einem nachfolgenden Vorgang oder in einer Wiederholung des Verfahrens direkt die im Schritt 210 des Speicherns gespeicherte Einstellung verwendet wird und das entsprechende Ansteuersignal bereitgestellt wird.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 109 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Steuereinheit 109 entspricht beispielsweise der in 1 beschriebenen Steuereinheit 109. Sie ist weiterhin ausgebildet, um ein Verfahren anzusteuern und/oder durchzuführen, wie es beispielsweise in 2 beschrieben wurde. Dazu weist die Steuereinheit 109 eine Einleseeinheit 300, eine Ermittlungseinheit 302 und eine Bereitstelleinheit 304 auf. Die Einleseeinheit 300 ist ausgebildet, um ein Welligkeitssignal 306 über eine Schnittstelle zu einer Sensoreinheit 121 einzulesen. Die Sensoreinheit 121 ist beispielsweise als ein Stromsensor oder ein Spannungssensor ausgeführt. Das Welligkeitssignal 306 repräsentiert eine durch einen aktiven Verbraucher 307 der Mehrzahl von Verbrauchern verursachte Welligkeit einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms innerhalb des Energiebordnetzes. Die Ermittlungseinheit 302 ist ausgebildet, um einen zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Verbraucher 308 aus der Mehrzahl von Verbrauchern zu ermitteln. Die Bereitstelleinheit 304 ist ausgebildet, um ein Ansteuersignal 310 an eine Schnittstelle zu dem geeigneten Verbraucher 308 bereitzustellen, um den geeigneten Verbraucher 308 in einen zum Reduzieren der Welligkeit geeigneten Betriebszustand zu versetzen. Dadurch kann ein von dem geeigneten Verbraucher bewirkter Effekt auf die Spannung oder den Stromfluss innerhalb des Energiebordnetzes verwendet werden, um einen durch den aktiven Verbraucher bewirkten Effekt auf die Spannung oder den Stromfluss innerhalb des Energiebordnetzes zumindest teilweise zu kompensieren.
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Die Ermittlungseinheit 302 ist außerdem optional ausgebildet, um einen zum Reduzieren einer Überlagerungswelligkeit geeigneten weiteren Verbraucher 312 aus der Mehrzahl von Verbrauchern zu ermitteln. Folglich ist die Bereitstelleinheit 304 weiterhin ausgebildet, um ein weiteres Ansteuersignal 314 an eine Schnittstelle zu dem geeigneten weiteren Verbraucher 312 bereitzustellen, um den geeigneten weiteren Verbraucher 312 in einen zum Reduzieren der Überlagerungswelligkeit geeigneten Betriebszustand zu versetzen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit 109 eine Aktivierungseinheit 316 auf, die ausgebildet ist, um ein Aktivieren des aktiven Verbrauchers 307 ansprechend auf ein Aktiviersignal 318 zu bewirken. Das Aktiviersignal 318 repräsentiert dabei einen Aktivierungswunsch eines Nutzers. Weiterhin optional weist die Steuereinheit 109 eine Speichereinheit 320 auf, die ausgebildet ist, um das Ansteuersignal 310 und/oder in dem Ansteuersignal 310 enthaltene Informationen zu speichern, wenn die Überlagerungswelligkeit einen Schwellenwert unterschreitet.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Energiebordnetz
- 104
- Energieversorgungseinrichtung
- 106
- Verbraucher als Antriebseinheit
- 107
- Verbraucher als Klimakompressor
- 108
- Verbraucher als weitere Antriebseinheit
- 109
- Steuereinheit
- 110
- Leitungsnetz
- 112
- weitere Energieversorgungseinrichtung
- 114
- Wandler
- 116
- Verteilereinheit
- 118
- vorderer Bereich des Fahrzeugs
- 120
- hinterer Bereich des Fahrzeugs
- 121
- Sensoreinheit
- 200
- Verfahren zum Betreiben eines Energiebordnetzes
- 202
- Schritt des Einlesens
- 204
- Schritt des Ermittelns
- 206
- Schritt des Bereitstellens
- 208
- Schritt des Aktivierens
- 210
- Schritt des Speicherns
- 300
- Einleseeinheit
- 302
- Ermittlungseinheit
- 304
- Bereitstelleinheit
- 306
- Welligkeitssignal
- 307
- aktiver Verbraucher
- 308
- geeigneter Verbraucher
- 310
- Ansteuersignal
- 312
- geeigneter weiterer Verbraucher
- 314
- weiteres Ansteuersignal
- 316
- Aktivierungseinheit
- 318
- Aktiviersignal
- 320
- Speichereinheit
