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Die
Erfindung betrifft ein Energiebordnetz zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers
mit erhöhten
Anforderungen an die Verfügbarkeit.
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Es
sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die mit einer elektrohydraulischen
Bremse ausgestattet sind. Eine derartige elektrohydraulische Bremse
ist ein Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit.
Das Energiebordnetz derartiger Kraftfahrzeuge muss folglich diesen
erhöhten
Anforderungen gerecht werden.
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Weiterhin
sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die mit einer elektromechanischen
Parkbremse ausgestattet sind. Auch bei einer elektromechanischen
Parkbremse handelt es sich um einen Hochleistungsverbraucher mit
erhöhten
Anforderungen an die Verfügbarkeit.
Folglich muss auch das Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches
eine elektromechanische Parkbremse aufweist, erhöhten Anforderungen gerecht
werden.
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In
der
DE 102 28 350
A1 wird ein Energiebordnetz mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen beschrieben. Der dort angegebene
Hochleistungsverbraucher ist ein elektrischer Zusatzverdichter.
Bei einem elektrischen Zusatzverdichter handelt es sich um einen
Hochleistungsverbraucher, dessen Funktionen nur sehr begrenzt sicherheitsrelevant
sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein elektrischer Zusatzverdichter
in typischen Fahr zyklen nur in ca. 5% der Gesamtdauer elektrische
Energie aufnimmt. Die vom elektrischen Zusatzverdichter aufgenommene
Durchschnittsleistung ist mit 25 W gering. Dies erlaubt es, eine
dem elektrischen Zusatzverdichter zugeordnete zweite Batterie, deren
Hauptaufgabe die Versorgung des elektrischen Zusatzverdichters ist,
in den verbleibenden 95% der Gesamtdauer des Fahrzyklus aus dem Bordnetz
nachzuladen. Die zweite Batterie und der elektrische Zusatzverdichter
sind Bestandteile eines Inselnetzes, welches über ein steuerbares Lade- und Trennmodul
an das übrige
Bordnetz anschaltbar und von diesem trennbar ist. Die zugehörige Ansteuerung des
Lade- und Trennmoduls erfolgt durch ein elektrisches Energiemanagement.
Ein Anschalten der zweiten Batterie an das Bordnetz erfolgt zum
Nachladen der zweiten Batterie aus dem Bordnetz und auch bei einem
Starten des Verbrennungsmotors, um Spannungseinbrüche auf
dem Bordnetz zu vermeiden bzw. zu begrenzen. Ein Abtrennen der zweiten Batterie
vom Bordnetz erfolgt stets bei einer Aktivierung des elektrischen
Zusatzverdichters, um Rückwirkungen
auf das übrige
Bordnetz bzw. die daran angeschlossenen Verbraucher zu vermeiden.
Ein Abtrennen der zweiten Batterie vom Bordnetz erfolgt auch dann,
wenn im Bordnetz Fehler erkannt werden, und in Ruhephasen.
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In
der
DE 101 50 379
A1 ist eine redundante Energieversorgung für sicherheitsrelevante
Verbraucher in einem Bordnetz beschrieben. In diesem bekannten Bordnetz
werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher jeweils über zwei
separate Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt.
Dabei ist jeder der Verbraucher über
eine erste Versorgungsleitung an eine erste Energiequelle und über eine
zweite Versorgungsleitung an eine zweite Energiequelle angeschlossen.
Bei einem Ausfall einer der Energiequellen oder einem Fehler in
einer der Versorgungsleitungen übernimmt
jeweils die andere, redundante Versorgungsleitung die Versorgung
des Verbrauchers.
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Vorteile der Erfindung
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Ein
Energiebordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber mehrere
Vorteile auf. Es erlaubt ein separates Anlegen jeder der beiden
Energiequellen an den Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen
an die Verfügbarkeit.
Es erlaubt weiterhin ein gleichzeitiges Anlegen beider Energiequellen
an den Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit.
Ferner erlaubt es ein von der Stellung der ersten und zweiten Schalteinheit
unabhängiges
Nachladen des zweiten Energiespeichers.
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In
vorteilhafter Weise werden in einer Motorstartbetriebsart Hochleistungsverbraucher
mit erhöhten
Anforderungen an die Verfügbarkeit
ausschließlich
aus dem zweiten Energiespeicher versorgt, so dass Spannungseinbrüche im übrigen Bordnetz
keinen Einfluss auf diese Hochleistungsverbraucher haben.
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Weiterhin
wird in vorteilhafter Weise dann, wenn bei geringer Leistungsfähigkeit
des ersten Energiespeichers die Leistungsfähigkeit des zugeschalteten
zweiten Energiespeichers nicht für
die Stabilisierung des gesamten Bordnetzes ausreicht, die Verbindung
zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Hochleistungsverbraucher
mit erhöhten
Anforderungen an die Verfügbarkeit
geöffnet.
Folglich wird in diesem Fall der zweite Energiespeicher ausschließlich zur
Versorgung des Hochleistungsverbrauchers verwendet, so dass dessen
weitere Funktionsweise sichergestellt ist. Insbesondere kann auf diese
Weise ein Abbremsen mittels einer elektrohydraulischen Bremse und
ein nachfolgendes Betätigen einer
elektromechanischen Parkbremse gewährleistet werden. Dies ist
insbesondere bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe von Bedeutung, da
diese Fahrzeuge im Unterschied zu Fahrzeugen mit Schaltautomatik nicht
mittels einer Getriebesperre arretiert werden können.
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Vorzugsweise
ist das Energiebordnetz gemäß der Erfindung
weiterhin mit Mitteln zur schnellen Erkennung des Vorliegens einer
Unterspannung versehen. Diese Mittel können in Form eines analogen Komparators
realisiert sein. Dessen Ausgangssignale werden dazu verwendet, die
im Signalweg zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem Hochleistungsverbraucher
mit erhöhten
Anforderungen an die Verfügbarkeit
angeordnete Schalteinheit durchlässig
zu schalten, so dass auch bei einem plötzlichen Auftreten einer Unterspannung
die Weiterversorgung des Hochleistungsverbrauchers sichergestellt
ist. Um schnell auf das Vorliegen einer plötzlich auftretenden Unterspannung
reagieren zu können, ist
die zweite Schalteinheit vorzugsweise als MOSFET realisiert.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
beispielhafter Erläuterung
anhand der Zeichnung.
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Zeichnung
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Energiebordnetzes zur Versorgung eines
Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit.
Die 2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
des elektrischen Energiemanagements und der Lade- und Trenneinheit eines
Energiebordnetzes gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
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Das
in der 1 dargestellte Energiebordnetz enthält als ersten
Energiespeicher 1 die Hauptbatterie eines Kraftfahrzeugs
und als zweiten Energiespeicher 2 eine Stützbatterie.
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Die
Hauptbatterie 1 steht über
einen Batterietrennschalter 13 mit einem Bordnetzgenerator 5 in Verbindung.
Dieser Bordnetzgenerator ist ein riemenbetriebener Generator mit
Regler 6. Weiterhin ist der Starter 7 dargestellt,
der über
das Starter-Relais 8 mit dem Bordnetz 3 verbunden
ist. Alternativ zu den Bauteilen 5–8 kann auch ein auf
der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs angeordneter integrierter Startergenerator
vorgesehen sein.
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Weiterhin
steht die Hauptbatterie 1 über den Batterietrennschalter 13 und
die Sicherungen 19 mit einem ersten Signal- und Leistungsverteiler 4 und
einem zweiten Signal- und Leistungsverteiler 21 in Verbindung.
An die Ausgänge
des Signal- und Leistungsverteilers 4 sind Verbraucher
V1 angeschlossen. Die Ausgänge
des Signal- und Leistungsverteilers 21 sind mit Verbrauchern
V2 verbunden. Die den Verbrauchern V1 und V2 vorgeschalteten Signal- und Leistungsverteiler 4 und 21 enthalten
unter anderem Feinsicherungen, Relais und/oder Schalter für eine Zu- und Abschaltung
der genannten Verbraucher im Sinne eines Verbrauchermanagements.
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Die
Stützbatterie 2 ist über eine
Lade- und Trenneinheit 16 mit der Hauptbatterie 1 verbunden und
steht weiterhin über
die Lade- und Trenneinheit 16 und den Batterietrennschalter 13 mit
dem Bordnetz 3 in Verbindung. Weiterhin ist die Stützbatterie 2 über die
Lade- und Trenneinheit 16 und eine Sicherung 14 auch
an zwei parallel zueinander angeordnete Hochleistungsverbraucher 15a, 15b mit
erhöhten Anforderungen
an die Verfügbarkeit
angeschlossen. Beim Hochleistungsverbraucher 15a handelt
es sich um die Ventile, das Steuergerät und den Pumpenmotor einer
elektrohydraulischen Bremse. Der Hochleistungsverbraucher 15b ist
eine elektromechanische Parkbremse.
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Die
Lade- und Trenneinheit 16 weist eine erste Schalteinheit
S1, eine zweite Schalteinheit S2 und eine dritte Schalteinheit S3
auf. Die erste Schalteinheit S1 ist im Pfad zwischen der Hauptbatterie 1 und
den Hochleistungsverbrauchern 15a und 15b angeordnet.
Die zweite Schalteinheit S2, bei der es sich vorzugsweise um einen
als MOSFET realisierten Schalter handelt, befindet sich im Pfad
zwischen der Stützbatterie 2 und
den Hochleistungsverbrauchern 15a und 15b. Die
dritte Schalteinheit S3, vorzugsweise ein Relais, ist zwischen der
Hauptbatterie 1 und der Stützbatterie 2 und – bei geschlossenem
Batterietrennschalter 13 – auch zwischen der Stützbatterie 2 und
dem Bordnetz 3 angeordnet.
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Der
Generator 5 wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs von einem
Verbrennungsmotor 9 angetrieben, dessen Betrieb von einem
Motormanagement 10 gesteuert wird. Das Motormanagement 10 steht über den
CAN-Bus 11 mit einem elektrischen Energiemanagement 12 in
Verbindung. Dieses elektrische Energiemanagement 12 ist
für eine
intelligente Koordination des Bordnetz-Energieflusses, eine optimierte
Nachladung der an das Bordnetz 3 angeschlossenen Batterien 1 und 2,
die Steuerung der Lade- und Trenneinheit 16, eine Beeinflussung
der Generatorregelung, beispielsweise unter Verwendung einer bitsynchronen
Schnittstelle 17, das Verbrauchermanagement und eine Beeinflussung
des Motormanagements 10 über den CAN-Bus 11 vorgesehen.
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Das
elektrische Energiemanagement 12 bezieht Eingangssignale
von einer Batteriezustandserkennung 18, die an die erste
Batterie 1 angeschlossen ist, um deren Zustand zu ermitteln.
Zu diesem Zweck wertet die Batteriezustandserkennung 18 die Batteriespannung
u(t), den Batteriestrom i(t) und die Batterietemperatur δ(t) der Hauptbatterie 1 sowie
die Batteriespannung u(t) und vorzugsweise auch den Batteriestrom
und die Batterietemperatur der Stützbatterie 2 aus.
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Zur
Steuerung der Lade- und Trenneinheit 16 stellt das Energiemanagement 12 Steuersignale s1
für die
erste Schalteinheit S1, Steuersignale s2 für die zweite Schalt einheit
S2 und Steuersignale s3 für die
dritte Schalteinheit S3 zur Verfügung.
Weiterhin generiert das Energiemanagement 12 auch Schaltsignale
zur Zu- und Abschaltung der Verbraucher V1 und V2.
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Das
in der 1 dargestellte Energiebordnetz ist in verschiedenen
Betriebsarten betreibbar.
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Eine
dieser Betriebsarten ist der Ruhezustand. In diesem Ruhezustand
ist die erste Schalteinheit S1 durchlässig gestaltet, d. h. geschlossen,
die zweite Schalteinheit S2 ist geöffnet und die dritte Schalteinheit
S3 ist ebenfalls geöffnet.
Folglich sind im Ruhezustand das Bordnetz 3 und auch die
Hochleistungsverbraucher 15a und 15b mit der Hauptbatterie 1 verbunden.
Es tritt lediglich ein Ruhestromverbrauch auf.
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Eine
weitere Betriebsart ist der Motorstart. In dieser Motorstartbetriebsart
ist die erste Schalteinheit S1 geöffnet, die zweite Schalteinheit
S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Demzufolge
sind die Hochleistungsverbraucher 15a und 15b in
der Startbetriebsart von Hauptbatterie 1 getrennt und werden
ausschließlich
aus der Stützbatterie
versorgt. Folglich hat ein in der Startphase auftretender Spannungseinbruch
im Bordnetz 3 keinen Einfluss auf die Hochleistungsverbraucher 15a und 15b.
Das elektrische Energiemanagement 12 erzeugt die notwendigen
Steuersignale für
die Schalteinheiten S1, S2 und S3 entweder nach einem Aufwecken
des Steuergerätes
der elektrohydraulischen Bremse oder – bei Vorliegen eines elektrischen
Zündschlosses – durch
Auswertung des Klemme 50-Signals, wobei dem elektrischen Energiemanagement 12 die
genannten Informationen über
den CAN-Bus 11 zugeleitet werden. Sobald der Generator 5 Energie
in das Bordnetz 3 einspeist, was durch Auswertung des an
Klemme 61 verfügbaren
Signals erkannt wird, oder nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls
wird die Schalteinheit S1 geschlossen und anschließend die
Schalteinheit S2 geöffnet,
um den Normalbetrieb herbeizuführen.
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In
dieser Normalbetriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen,
die zweite Schalteinheit S2 geöffnet
und die dritte Schalteinheit S3 ebenfalls geöffnet. In dieser Betriebsart
erfolgt ein Nachladen der Hauptbatterie 1. Die Hauptbatterie
puffert in dieser Betriebsart Leistungsspitzen für das gesamte Bordnetz.
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Eine
weitere Betriebsart ist das Laden der Stützbatterie 2. In dieser
Betriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen, die zweite
Schalteinheit S2 geöffnet
und die dritte Schalteinheit S3 geschlossen. Die Ladephase der Stützbatterie
wird eingeleitet, wenn die Ruhespannung der Stützbatterie 2 einen
vorgegebenen, applikationsabhängigen Schwellenwert
unterschreitet. Die zwischen der Stützbatterie 2 und der
zweiten Schalteinheit S2 vorgesehene Diode 20 verhindert,
dass die Stützbatterie 2 kontinuierlich über die
parasitäre
Diode des die zweite Schalteinheit 2 realisierenden MOSFETs
geladen wird. Dadurch wird auch die Genauigkeit der Ruhespannungsmessung
gesteigert. Der Schwellenwert für
das Nachladen ist so festzusetzen, dass der Ladezustand der Stützbatterie 2 stets
einen zur Versorgung der Verbraucher 15a und 15b ausreichenden
Wert aufweist.
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Eine
weitere Betriebsart ist der Pufferbetrieb. In dieser Pufferbetriebsart
ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen, die zweite Schalteinheit
S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Die
Pufferbetriebsart wird dann eingeleitet, wenn die Batteriezustandserkennung 18 das
Vorliegen einer zu geringen Leistungsfähigkeit der Hauptbatterie 1 erkennt.
Ist dies der Fall, dann wird die zweite Schalteinheit S2 leitend
geschaltet, so dass die Pufferwirkung des gesamten Bordnetzes um
die Leistungsfähigkeit
der Stützbatterie 2 erweitert
wird.
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Tritt
hingegen ein plötzlicher
Verlust der Leistungsfähigkeit
der Hauptbatterie 1 auf, der durch die Batteriezustandserkennung 18 nicht
prognostiziert werden kann und sich auch nicht in einem ansteigenden
Innenwiderstand der Hauptbatterie 1 widerspiegelt, dann
wird die als MOSFET realisierte zweite Schalteinheit S2 von einer
schnellen Unterspannungserkennung in den leitenden Zustand gebracht. Diese
schnelle Unterspannungserkennung ist vorzugsweise in Form eines
analogen Komparators realisiert, in welchem die gemessene Spannung
mit einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen wird. Unterschreitet
die gemessene Spannung den vorgegebenen Spannungsschwellenwert,
dann liegt eine Unterspannung vor und es wird die zweite Schalteinheit
S2 durchlässig
geschaltet, um einen temporären
Pufferbetrieb einzuleiten. Der genannte analoge Komparator ist Bestandteil
des elektrischen Energiemanagements.
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Besteht
die Notwendigkeit, diese Pufferbetriebsart über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten,
dann wird die dritte Schalteinheit S3 geschlossen und die zweite
Schalteinheit S2 geöffnet. Diese
Notwendigkeit besteht beispielsweise dann, wenn die Unterspannungserkennung
mehrmals nacheinander ein Unterschreiten des vorgegebenen Spannungschwellenwertes
erkennt.
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Eine
weitere Betriebsart ist ein Notbetrieb. In dieser Notbetriebsart
ist die erste Schalteinheit S1 geöffnet, die zweite Schalteinheit
S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Diese
Betriebsart wird dann eingeleitet, wenn im Pufferbetrieb die Leistungsfähigkeit
der Stützbatterie 2 nicht
mehr für
eine Stabilisierung des gesamten Bordnetzes ausreicht. Wird dies
erkannt, dann wird die zweite Schalteinheit S2 geöffnet. Nach
diesem Öffnen
von S2 erfolgt die Versorgung der Hochleistungsverbraucher 15a und 15b ausschließlich aus
der Stützbatterie 2 um
sicherzustellen, dass diese Hochleistungsverbraucher, bei denen
es sich vorzugsweise um eine elektrohydraulische Bremse und eine
elektromechanische Parkbremse handelt, funktionsfähig bleiben.
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Wäre diese
Versorgung der elektrohydraulischen Bremse und der elektromechanischen
Parkbremse nicht sichergestellt, dann wären Fahrzeuge nach dem Abstellen
des Verbrennungsmotors spannungslos und könnten nicht mehr festgebremst
werden.
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Eine
weitere Betriebsart ist ein Pufferbetrieb bei ausgeschaltetem Motor.
In dieser Betriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen,
die zweite Schalteinheit S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit
S3 geöffnet.
Diese Pufferbetriebsart bei ausgeschaltetem Motor wird dann eingeleitet,
wenn bei ausgeschaltetem Motor und rollendem Fahrzeug, d. h. v > 0 km/h, eine Unterspannung
oder eine verminderte Leistungsfähigkeit
der Hauptbatterie 1 festgestellt wird.
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Nach
alledem ist ein Energiebordnetz gemäß der Erfindung insbesondere
dazu in der Lage, die im Zusammenhang mit einer elektrohydraulischen
Bremse vorliegenden gesteigerten Anforderungen an die elektrische
Energieversorgung in Kraftfahrzeugen zu erfüllen. Neben einer größeren Leistung
mit einer maximalen Stromamplitude von 120 A zählt zu diesen Anforderungen
auch eine gesteigerte Spannungsstabilität, die auch in der Startphase
des Motors gegeben ist.
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Eine
elektromechanische Parkbremse bietet als Komfortfunktion Vorteile
gegenüber
einer herkömmlichen
Feststellbremse oder Handbremse. In einem Energiebordnetz gemäß der Erfindung
ist sichergestellt, dass die Funktion einer elektromechanischen
Parkbremse auch dann gegeben ist, wenn das Fahrzeug abgestellt ist,
d. h. der Motor abgeschaltet ist, oder dann, wenn die Hauptbatterie
ausgefallen ist.
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Die
Erfindung ist auch im Zusammenhang mit anderen oder zusätzlichen
Hochleistungsverbrauchern mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit
einsetzbar, beispielsweise einem automatischen „Hillholder", der das Fahrzeug
bei einem Anhalten am Berg abbremst, oder bei einer Anfahrunterstützung, die
das Fahrzeug bei einem Anfahren am Berg gegen ein Rückwärtsrollen
absichert.
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Unabhängig davon
bietet ein Energiebordnetz gemäß der Erfindung
auch erweiterte Diagnosefunktionen.
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Der
in der 1 dargestellte Batterietrennschalter 13 ist
bei allen vorstehend beschriebenen Betriebsarten in geschlossenem
Zustand. Er ist lediglich dazu vorgesehen, nach einem erkannten Fahrzeug-Crash
die lange Starterleitung beim Vorliegen einer Batterie im Kofferraum
des Fahrzeugs von der Batterie zu trennen, um die Kurzschluss- und Brandgefahr
zu reduzieren.
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Die 2 zeigt
ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des elektrischen
Energiemanagements und der Lade- und Trenneinheit eines Energiebordnetzes
gemäß der Erfindung.
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Das
elektrische Energiemanagement 12 bildet ein Logikteil,
in welchem die Ansteuersignale für die
Schaltmittel der einen Leistungsteil bildenden Lade- und Trenneinheit 16 generiert
werden.
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Das
elektrische Energiemanagement 12 weist eine Einheit 22 zum
Empfang von den Fahrzeugzustand beschreibenden Eingangsgrößen auf. Die
Zuführung
dieser Eingangsgrößen, bei
denen es sich insbesondere um eine Information über die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit,
ein Motorstartsignal und ein Motor-läuft-Signal handelt, erfolgt
vorzugsweise über
den CAN-Bus. Von der Einheit 22 aus werden die Eingangsgrößen an den
Eingangsport eines Digitalreglers 24 weitergeleitet. Weiterhin enthält das elektrische
E nergiemanagement 12 einen A/D-Wandler 23, in
welchem die Spannung U_SB der Stützbatterie
und die Bordnetzspannung U_BN jeweils in digitale Werte umgewandelt
werden, die dann ebenfalls an den Eingangsport 24a des
Digitalreglers 24 weitergegeben werden.
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Weiterhin
weist das elektrische Energiemanagement 12 einen an den
Ausgangsport 24b des Digitalreglers 24 angeschlossenen
Relaistreiber 25 und eine ebenfalls an den Ausgangsport 24b des
Digitalreglers 24 angeschlossene Potentialtrennung und -anhebung 27 auf,
die vorzugsweise eine Ladungspumpe enthält. An die Ausgänge der
Potentialtrennung und -anhebung 27 sind Leistungstreiber 28 und 29 angeschlossen.
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Ferner
weist das elektrische Energiemanagement 12 eine schnelle
Unterspannungserkennung in Form eines als Komparator realisierten
Analogreglers 26 auf. Dem Eingang dieses Analogreglers
wird die Bordnetzspannung U_BN zugeleitet. Tritt ein plötzlicher
Verlust der Leistungsfähigkeit
der Hauptbatterie auf, der durch die Batteriezustandserkennung nicht
prognostiziert werden kann und sich auch nicht in einem ansteigenden
Innenwiderstand der Hauptbatterie widerspiegelt, dann generiert
der Analogregler 26 Steuersignale, die über die Potentialtrennung und
-anhebung 27 und die Leistungstreiber 28 und 29 dafür sorgen,
dass die Stützbatterie schnell
mit dem Hochleistungsverbraucher verbunden wird, um den temporären Pufferbetrieb
einzuleiten.
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Wie
aus der 2 ersichtlich ist, sind der
Digitalregler 24 und der Analogregler 26 parallel
zueinander angeordnet. Die für
die Schaltmittel S2 vorgesehenen Steuersignale, die in diesen beiden
Einheiten generiert werden, werden jeweils dem Eingang der Potentialtrennung
und -anhebung 27 zugeführt und
dann über
die Leistungstreiber 28 und 29 an die Schaltmittel
S2 weitergeleitet.
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Weiterhin
weist der Analogregler 26 einen Ausgang auf, der mit dem
Eingangsport 24a des Digitalreglers 24 verbunden
ist. Über
diese Verbindung wird an den Digitalregler 24 eine Information über das Vorliegen
einer Unterspannung übermittelt,
die im Analogregler 26 erkannt wurde.
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Die
Lade- und Trenneinheit 16 weist eine erste Schalteinheit
S1, eine zweite Schalteinheit S2 und eine dritte Schalteinheit S3
auf.
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Bei
der ersten Schalteinheit S1 handelt es sich um ein vorzugsweises
bistabiles Relais, welches im Pfad zwischen der Hauptbatterie und
den Hochleistungsverbrauchern angeordnet ist. Ist das Relais geschlossen,
dann wird über
dieses Relais die Bordnetzspannung U_BN an die Hochleistungsverbraucher
weitergegeben. Die den Hochleistungsverbrauchern zur Verfügung stehende
Spannung ist in der 2 mit U_15 bezeichnet.
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Parallel
zum Relais ist eine Diode D1 vorgesehen. Diese Diode ist an sich
redundant, stellt aber im Falle einer fehlerhaften Ansteuerung bzw.
einer fehlerhaften Arbeitsweise des Relais die Spannungsversorgung
der Hochleistungsverbraucher sicher. Im Normalbetrieb bei geschlossenem
Relais tritt über die
Diode D1 kein Spannungsabfall auf, so dass das den Hochleistungsverbrauchern
zur Verfügung
gestellte Spannungsniveau nicht um den Spannungsabfall an der Diode
D1 reduziert ist. Folglich tritt im Normalbetrieb keine durch die
Diode D1 verursachte Verlustleistung auf.
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Die
zweite Schalteinheit S2 befindet sich im Pfad zwischen der Stützbatterie
und den Hochleistungsverbrauchern. Sie weist zwei in Reihe zueinander
angeordnete, gegenpolig geschaltete Feldeffekttransistoren T1 und
T2 auf. Ist die zweite Schalteinheit S2 geschlossen, dann wird über die
zweite Schalteinheit S2 die Spannung U_SB der Stützbatterie an die Hochleistungsverbraucher
weitergegeben. Die Realisierung der zweiten Schalteinheit S2 unter Verwendung
der Feldeffekttransistoren T1 und T2 ermöglicht ein schnelles Durchschalten
dieser Transistoren, um die Hochleistungsverbraucher verzögerungsfrei
aus der Stützbatterie
versorgen zu können, wenn
die schnelle Unterspannungserkennung, d. h. der Analogregler 26,
das Vorliegen eines plötzlichen Verlustes
der Leistungsfähigkeit
der Hauptbatterie erkennt.
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Bei
der dritten Schalteinheit S3 handelt es sich um ein Relais, welches
zwischen der Stützbatterie
und der Hauptbatterie bzw. der Stützbatterie und dem Bordnetz
angeordnet ist.
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Dem
Relais S1 werden vom elektrische Energiemanagement 12 Ansteuersignale
s1S und s1R zugeführt,
wobei s1S ein Setzsignal und s1R ein Rücksetzsignal ist. Den Feldeffekttransistoren
T1 und T2 der zweiten Schalteinheit S2 werden vom elektrischen Energiemanagement 12 Ansteuersignale
T1S und T2S zugeführt,
durch welche die genannten Feldeffekttransistoren bei Bedarf schnell
in den leitenden Zustand gebracht werden können. Dem Relais S3 werden
vom elektrische Energiemanagement 12 Ansteuersignale s3S
und s3R zugeführt,
wobei s3S ein Setzsignal und s3R ein Rücksetzsignal ist.
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- 1
- Erster
Energiespeicher (Hauptbatterie)
- 2
- Zweiter
Energiespeicher (Stützbatterie)
- 3
- Bordnetz
- 4
- Signal-
und Leistungsverteiler
- 5
- Bordnetzgenerator
- 6
- Generatorregler
- 7
- Starter
- 8
- Starter-Relais
- 9
- Verbrennungsmotor
- 10
- Motormanagement
- 11
- CAN-Bus
- 12
- Elektrisches
Energiemanagement
- 13
- Batterietrennschalter
- 14
- Sicherung
- 15a
- Hochleistungsverbraucher
(elektrohydraulische
-
- Bremse)
- 15b
- Hochleistungsverbraucher
(elektromechanische
-
- Parkbremse)
- 16
- Lade-
und Trenneinheit
- 17
- Bitsynchrone
Schnittstelle
- 18
- Batteriezustandserkennung
- 19
- Sicherungen
- 20
- Diode
- 21
- Signal-
und Leistungsverteiler
- 22
- Einheit
zum Empfang von den Fahrzeugzustand
-
- beschreibenden
Eingangsgrößen
- 23
- A/D-Wandler
- 24
- Digitalregler
(Mikrocomputer)
- 24a
- Eingangsport
des Digitalreglers
- 24b
- Ausgangsport
des Digitalreglers
- 25
- Relaistreiber
- 26
- Analogregler
(Komparator)
- 27
- Potentialtrennung
und -anhebung (Ladungspum
-
- pe)
- 28,
29
- Leistungstreiber
- D1
- Diode
- S1,
S2, S3
- Schalteinheiten
- s1,
s2, s3
- Steuersignale
- s1R,
s1S
- Steuersignale
- s3R,
s3S
- Steuersignale
- T1S,
T2S
- Steuersignale
- T1
- Feldeffekttransistor
- T2
- Feldeffekttransistor
- V1
- Verbraucher
- V2
- Verbraucher