DE112017001527T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Verwalten von elektrischer Last - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System (1) zum Verwalten von elektrischer Last für ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem (power supply system - PSS) mit einem Hochvoltnetz (high voltage network - NHV) und einem Niedervoltnetz (low voltage network-NLV), die über einen DC/DC-Wandler (6) aneinander gekoppelt sind. Das System (1) zum Verwalten von elektrischer Last weist ein Steuergerät (10) auf, zum Steuern eines oder mehrerer Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme (high voltage vehicle electrical system - VSHV), verbunden mit dem Hochvoltnetz (NHV), und eines oder mehrerer Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (low voltage vehicle electrical system - VSLV), verbunden mit dem Niedervoltnetz (NLV). Das Steuergerät (10) weist wenigstens einen Prozessor(11) zum Empfangen von Anweisungssignalen für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) und eine Speichervorrichtung (12) mit darauf gespeicherten Anweisungen, die mit dem wenigstens einen Prozessor (11) gekoppelt ist, auf. Der wenigstens eine Prozessor (11) ist konfiguriert, in Abhängigkeit von den Anweisungssignalen eine erste elektrische Last in dem Hochvoltnetz (NHV) und eine zweite elektrische Last in dem Niedervoltnetz (NLV) zu bestimmen. Der zumindest eine Prozessor (11) kann konfiguriert sein, den Betrieb der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last zu steuern. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Fahrzeug (2) mit einem System (2) zum Verwalten von elektrischer Last; sowie auf ein Verfahren zum Verwalten von elektrischer Last in einem Fahrzeug-Stromversorgungssystem (PSS).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwalten von elektrischer Last. Insbesondere, ohne darauf beschränkt zu sein, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein System zum Verwalten von elektrischer Last für eine Fahrzeugstromversorgung; auf ein Fahrzeug mit einem System zum Verwalten von elektrischer Last; sowie auf ein Verfahren zum Verwalten von elektrischer Last in einem Fahrzeug-Stromversorgungssystem und auf ein nicht-transientes computerlesbares Medium.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Anzahl von elektrisch betriebenen Systemen in Fahrzeugen steigt ständig an, insbesondere in Luxusfahrzeugen. Es liegen steigende Anforderungen für die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen vor, um Emissionen zu senken. Es liegt ein Konflikt zwischen diesen Anforderungen vor, da die Energie zum Antreiben von Fahrzeugelektrosystemen im Allgemeinen weiterhin aus der Verbrennung von Kraftstoff zum Antreiben eines Generators abgeleitet wird. Die Reaktion auf diese Anforderungen nach dem Stand der Technik ist bislang, ein Hochvoltnetz in dem Fahrzeug bereitzustellen, vorzugsweise zum Unterstützen von hybridisierten Funktionen, wie Start-Stopp und Drehmomentunterstützung, oder um einen dedizierten elektrischen Antrieb bereitzustellen. Das Hochvoltnetz kann zum Beispiel bei 42 V oder bei 48 V betrieben werden. Das Hochvoltnetz enthält einen Hochvoltgenerator, ein Niedervoltgenerator liegt allerdings nicht vor. Da auch ein Niedervoltnetz erforderlich ist, das typischerweise bei 12 V betrieben wird, muss ein DC/DC-Wandler eingesetzt werden. Dies ist typischerweise eine kostspielige Komponente und ihre Kosten steigen mit der verfügbaren Leistung an. Darüber hinaus kann sich die Konfektionierung des DC/DC-Wandlers als schwierig erweisen.
  • Das Implementieren eines Doppelspannungs-Elektrosystems stellt eine besondere Herausforderung beim Verwalten der elektrischen Last in jedem Netz dar. In vorhandenen Systemen zum Verwalten der Last für ein Einzelspannungsnetz werden die elektrischen Lasten bekanntermaßen nach verschiedenen Parametern verwaltet. Die Menge von verfügbarem Strom und der erforderliche Strom zum Betreiben einer spezifischen elektrischen Last werden bestimmt, um festzustellen, ob es möglich ist, den Betrieb eines bestimmten Fahrzeugelektrosystems aufrechtzuerhalten. Das System zum Verwalten der Last kann eine Gruppe von Lasten verwalten, für die die Durchführbarkeit des Betriebs in einer vorgegebenen Prioritätsreihenfolge berechnet werden.
  • Die bekannten Systeme zum Verwalten der Last sind nicht geeignet, um elektrische Lasten in einem Doppelspannungs-Elektrosystem zu verwalten. So kann sich zum Beispiel in der zuvor beschriebenen Anordnung, in der das Hoch- und das Niedervoltnetz über einen DC/DC-Wandler verbunden sind, das System aufgrund von Sättigung des DC-DC-Wandlers auf eine nichtlineare Weise verhalten.
  • Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung konzipiert. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen beabsichtigt die vorliegende Erfindung zumindest einige der Schwächen in Verbindung mit bekannten Systemen zum Verwalten von elektrischer Last zu überwinden oder zu verbessern.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein System zum Verwalten von elektrischer Last; auf ein Fahrzeug; auf ein Verfahren zum Verwalten von elektrischer Last und auf ein nicht-transientes computerlesbares Medium nach den angehängten Patentansprüchen.
  • Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein System zum Verwalten von elektrischer Last für ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem mit einem Hochvoltnetz und einem Niedervoltnetz bereitgestellt, die über einen DC/DC-Wandler aneinander gekoppelt sind, wobei das System zum Verwalten von elektrischer Last Folgendes umfasst:
    • ein Steuergerät zum Steuern eines oder mehrerer Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Hochvoltnetz, und eines oder mehrerer Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Niedervoltnetz;
    • wobei das Steuergerät wenigstens einen Prozessor zum Empfangen von Anweisungssignalen für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme umfasst;
    • eine Speichervorrichtung mit darauf gespeicherten Anweisungen, die mit dem wenigstens einen Prozessor gekoppelt ist;
    • wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, in Abhängigkeit von den Anweisungssignalen eine erste elektrische Last in dem Hochvoltnetz und eine zweite elektrische Last in dem Niedervoltnetz zu bestimmen; und
    • die Steuerung des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last. Das System zum Verwalten von elektrischer Last verwaltet die Stromversorgung für mehrere Netze mit verschiedenen Betriebsspannungen. Das System zum Verwalten von elektrischer Last steuert die Verbindung von Fahrzeugelektrosystemen mit dem Hoch- und dem Niedervoltnetz. Die elektrische Last in dem Hoch- und in dem Niedervoltnetz wird demnach innerhalb von vorgegebenen Parametern gesteuert.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können jeweils einen vorgegebenen Wert für die elektrische Last aufweisen; und der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, die erste und die zweite elektrische Last in Abhängigkeit von den vorgegebenen Werten für die elektrische Last zu bestimmen. Der wenigstens eine Prozessor kann Bezüge zu Anweisungssignalen herstellen, um den Status eines jeden der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme zu bestimmen. Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, den vorgegebenen Wert für elektrische Last von einem Steuermodul zu empfangen, das verknüpft ist mit den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen.
  • Die vorgegebenen Werte für elektrische Last können in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein, die für den wenigstens einen Prozessor zugänglich ist. Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, die erste und die zweite elektrische Last in Abhängigkeit von den bestimmten Werten für elektrische Last für jedes Fahrzeugelektrosystem zu bestimmen.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können jeweils einen Prioritätswert aufweisen. Die Prioritätswerte können eingesetzt werden, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme zu steuern. Die Prioritätswerte können eine Aktivierungssequenz und/oder eine Deaktivierungssequenz für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme definieren. Der wenigstens eine Prozessor kann die Aktivierung und/oder die Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von den Prioritätswerten steuern. Der Prioritätswert eines jeden Fahrzeugelektrosystems kann unabhängig davon definiert werden, ob es sich im Hochvoltnetz oder im Niedervoltnetz befindet. Die Prioritätswerte können allgemein für Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme und für Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme definiert sein, zum Beispiel in einer gemeinsamen Nachschlagetabelle. Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, sowohl das Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem als auch das Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem in Abhängigkeit von den allgemeinen Prioritätswerten zu steuern. Die Prioritätswerte können eingesetzt werden, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme zu steuern. Die Prioritätswerte für Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme und für Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein, auf die durch den Prozessor zugegriffen werden kann.
  • Die Werte für elektrische Last von den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen können Leistungswerte sein. Der Einsatz von Leistungswerten beseitigt die Notwendigkeit, für die verschiedenen Betriebsspannungen des Hochvolt- und des Niedervoltnetzes kompensieren zu müssen. Alternativ dazu können die Werte für elektrische Last Stromwerte sein.
  • Das Hochvoltnetz kann eine erste maximale Leistungslast aufweisen und das Niedervoltnetz kann eine zweite maximale Leistungslast aufweisen; wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert sein kann zum Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, sodass die erste und die zweite elektrische Last höchstens der ersten beziehungsweise der zweiten maximalen Leistungslast entsprechen.
  • Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, zu bestimmen, ob der DC/DC-Wandler gesättigt ist; und er kann den Betrieb der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last steuern, wenn der DC/DC-Wandler gesättigt ist. Der wenigstens eine Prozessor kann die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von Einschränkungen des Hochvoltnetzes steuern, wenn der DC-DC-Wandler ungesättigt ist.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können als verwaltbar und nicht verwaltbar kategorisiert werden. Die nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme sind diejenigen Systeme, die für den Betrieb des Fahrzeugs entscheidend sind, und die somit betreibbar bleiben müssen. Die verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme sind für den Betrieb des Fahrzeugs nicht entscheidend und sie können durch den wenigstens einen Prozessor selektiv gesteuert (d. h. aktiviert/deaktiviert) werden, um die elektrischen Lasten in dem Hoch- und dem Niedervoltnetz zu verwalten. Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die verwaltbar sind, zu steuern, um den Betrieb der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die nicht verwaltbar sind, zu ermöglichen. So kann zum Beispiel der wenigstens eine Prozessor ein oder mehrere Hoch- und Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die verwaltbar sind, deaktivieren, um das Aktivieren eines oder mehrerer Hoch- und Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die nicht verwaltbar sind, zu ermöglichen.
  • Der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, den Betrieb eines jeden der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme durch Anwenden einer der folgenden Steuerstrategien zu steuern:
    • Aktivieren/Deaktivieren der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme;
    • Betreiben der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme bei einer vorgegebenen mittleren Leistungseinstellung; und
    • Ändern der Stromeinstellungen der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von der elektrischen Last im entsprechenden Netz.
  • Eines der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme kann eine Niedervoltbatterie sein, und der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, das Laden der Niedervoltbatterie zu steuern.
  • Ein Ladestrom kann bereitgestellt werden, um sicherzustellen, dass die Niedervoltbatterie auf einem vorgegebenen Ladezustand geladen bleibt. Der wenigstens eine Prozessor kann ein Batteriesignal von einem Batterieverwaltungssystem empfangen, das mit der Niedervoltbatterie gekoppelt ist.
  • Eines der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme kann eine Hochvoltbatterie sein, und der wenigstens eine Prozessor kann konfiguriert sein, das Laden der Hochvoltbatterie zu steuern.
  • Ein oder mehrere elektrische Generatoren können mit dem Hochvoltnetz verbunden sein. So kann zum Beispiel ein regeneratives Bremssystem mit dem Hochvoltnetz verbunden sein.
  • Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein System zum Verwalten von elektrischer Last, wie hierin beschrieben, umfasst.
  • Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Verwalten von elektrischer Last in einem Fahrzeug-Stromversorgungssystem mit einem Hochvoltnetz und einem Niedervoltnetz, die über einen DC/DC-Wandler aneinander gekoppelt sind, bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    • Steuern eines oder mehrerer Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Hochvoltnetz, und eines oder mehrerer Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Niedervoltnetz;
    • Empfangen von Anweisungssignalen für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme;
    • Bestimmen einer ersten elektrischen Last in dem Hochvoltnetz und einer zweiten elektrischen Last in dem Niedervoltnetz; und
    • Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last.
  • Das Verfahren kann das Bestimmen der ersten und der zweiten elektrischen Last umfassen, in Abhängigkeit von Werten für elektrische Last, definiert für jedes der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme.
  • Das Verfahren kann das Empfangen der vorgegebenen Werte für elektrische Last von einem Steuermodul umfassen, das mit jedem der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme verknüpft ist.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können jeweils einen Prioritätswert aufweisen. Das Verfahren kann das Aktivieren und/oder das Deaktivieren der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von den Prioritätswerten umfassen. Die Prioritätswerte können eine Aktivierungssequenz und/oder eine Deaktivierungssequenz für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme definieren. Der Prioritätswert eines jeden Fahrzeugelektrosystems kann unabhängig davon definiert werden, ob es sich im Hochvoltnetz oder im Niedervoltnetz befindet. Die Prioritätswerte können allgemein für Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme und für Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme definiert sein, zum Beispiel in einer gemeinsamen Nachschlagetabelle. Das Verfahren kann das Aktivieren und/oder das Deaktivieren sowohl des Hochvolt-Fahrzeugelektrosystems als auch des Niedervolt-Fahrzeugelektrosystems in Abhängigkeit von den allgemeinen Prioritätswerten umfassen. Die Prioritätswerte können eingesetzt werden, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme zu steuern.
  • Die Werte für elektrische Last von den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen können Leistungswerte sein.
  • Das Verfahren kann das Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme umfassen, sodass die erste und die zweite elektrische Last höchstens einer ersten und einer zweiten maximalen Leistungslast entsprechen, die für das Hochbeziehungsweise das Niedervoltnetz definiert sind.
  • Das Verfahren kann das Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last umfassen, wenn der DC-DC-Wandler gesättigt ist. Das Verfahren kann das Steuern der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von Einschränkungen des Hochvoltnetzes umfassen, wenn der DC-DC-Wandler ungesättigt ist.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können als verwaltbar und nicht verwaltbar kategorisiert werden. Das Verfahren kann das Priorisieren des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die nicht verwaltbar sind, über die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, die verwaltbar sind, umfassen.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme können jeweils einen Prioritätswert zum Aktivieren und/oder Deaktivieren aufweisen. Die Prioritätswerte können eingesetzt werden, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme zu steuern. Das Verfahren kann das Steuern des Betriebs eines jeden der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme umfassen, in Abhängigkeit von den vorgegebenen Prioritätswerten.
  • Das Verfahren kann das Steuern des Betriebs eines jeden der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme durch Anwenden einer der folgenden Steuerstrategien umfassen:
    • Aktivieren/Deaktivieren der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme;
    • Betreiben der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme bei einer vorgegebenen mittleren Leistungseinstellung; und
    • Ändern der Stromeinstellungen der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme in Abhängigkeit von der elektrischen Last im entsprechenden Netz.
  • Eines der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme kann eine Niedervoltbatterie sein. Das Verfahren kann das Steuern des Ladens der Niedervoltbatterie umfassen.
  • Eines der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme kann eine Hochvoltbatterie sein. Das Verfahren kann das Steuern des Ladens der Hochvoltbatterie umfassen.
  • Nach noch einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein nicht-transientes computerlesbares Medium bereitgestellt, umfassend einen Satz aus Rechneranweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass ein Computer das hierin beschriebene Verfahren ausführt.
  • Jegliche hierin beschriebene Steuergeräte können geeigneterweise eine Steuereinheit oder eine Computervorrichtung mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren umfassen. Demnach umfasst das System eine einzige Steuereinheit oder ein einziges elektronisches Steuergerät, oder alternativ dazu können verschiedene Funktionen des Steuergeräts in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten verkörpert oder untergebracht sein. Wie hierin gebraucht soll der Begriff „Steuergerät“ oder „Steuereinheit“ sowohl eine einzige Steuereinheit oder ein einziges Steuergerät als auch mehrere Steuereinheiten oder Steuergeräte enthalten, die gemeinsam betrieben werden, um eine beliebige angegebene Steuerfunktionalität bereitzustellen. Um ein Steuergerät zu konfigurieren, kann ein geeigneter Satz aus Anweisungen bereitgestellt werden, die, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuereinheit oder die Computervorrichtung die hierin angegebenen Steuertechniken implementieren. Der Satz aus Anweisungen kann geeigneterweise in einen oder in mehreren elektronischen Prozessoren eingebettet sein. Alternativ dazu kann der Satz aus Anweisungen als auf der Computervorrichtung auszuführende Software bereitgestellt sein, die in einem oder mehreren mit dem Steuergerät verknüpften Speichern gespeichert ist. Ein erstes Steuergerät kann in auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführter Software implementiert sein. Ein oder mehrere Steuergeräte können in auf einem oder mehreren Prozessoren, optional auf demselben einen oder denselben mehreren Prozessoren wie das erste Steuergerät, ausgeführter Software implementiert sein. Andere geeignete Anordnungen können ebenfalls eingesetzt werden.
  • Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
  • Figurenliste
  • Es werden nun eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen nur in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben; hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein System zum Verwalten von elektrischer Last nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält; und
    • 2 ein Systemdiagramm, das die Integrierung des Systems zum Verwalten von elektrischer Last mit dem Hoch- und dem Niedervoltnetz darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nun wird System 1 zum Verwalten von elektrischer Last nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last ist ein Doppelspannungssystem für den Gebrauch in einem Stromversorgungssystem PSS, umfassend mehrere Netze mit verschiedenen Betriebsspannungen.
  • Wie in 1 gezeigt, ist das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last in der vorliegenden Ausführungsform in einem Fahrzeug 2 installiert und ist betreibbar, um bordeigene Fahrzeugelektrosysteme (im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen VS gekennzeichnet) zu steuern. Wenigstens in manchen Ausführungsformen ist das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last konfiguriert, um selektiv das Fahrzeugelektrosystem VS zu aktivieren und zu deaktivieren. Das in 1 dargestellte Fahrzeug 2 ist ein Automobil oder ein Nutzfahrzeug mit Allradantrieb (sports utility vehicle - SUV), aber das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last kann auch in Fahrzeugen anderer Art installiert werden.
  • Wie in 2 gezeigt, umfassen die Fahrzeugelektrosysteme VS Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV und Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV. Zu den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen VSLV zählen eine beheizbare Heckscheibe, eine beheizbare Windschutzscheibe, ein oder mehre klimatisierte Sitze, ein beheizbares Lenkrad, ein beheizbares Scheibenwischerpaket und ein beheizbarer Außenspiegel. Ein oder mehrere dieser Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV können in das Hochvoltnetz übertragen sein. Die Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV sind mit einem Hochvoltnetz NHV verbunden und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV sind mit einem Niedervoltnetz NLV verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Niedervoltnetz NLV ein 12-V-Netz und das Hochvoltnetz NHV ist ein 48-V-Netz. Es wird darauf hingewiesen, dass das Hoch- und das Niedervoltnetz NHV, NLV bei anderen Spannungen als 12 V beziehungsweise 48 V betrieben werden können. Das Hochvoltnetz NHV ist mit einem riemenbetriebenen Startergenerator (belt integrated starter generator - BISG) 3 verbunden, der die primäre Quelle für elektrischen Strom ist. Eine Hochvoltbatterie 4 ist mit dem Hochvoltnetz NHV verbunden. Ein erstes Batterieüberwachungssystem 5 ist bereitgestellt, um den Status der Hochvoltbatterie 4 zu überwachen. Das Niedervoltnetz NLV ist über einen DC/DC-Wandler 6, der als eine sekundäre Stromquelle dient, mit dem Hochvoltnetz NHV verbunden. Das Niedervoltnetz NLV ist mit einer Niedervoltbatterie 7, typischerweise einer 12-V-Batterie, verbunden. Ein zweites Batterieüberwachungssystem 8 ist bereitgestellt, um den Status der Niedervoltbatterie 7 zu überwachen. Die Niedervoltbatterie 7 ist mit einem Anlasser 9 verbunden, um einen Verbrennungsmotor anzulassen.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last ein Steuergerät 10 zum Steuern des Betriebs sowohl der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV als auch der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV. Das Steuergerät 10 umfasst einen elektronischen Prozessor 11 und eine Speichervorrichtung 12. Eine Reihe aus Rechneranweisungen ist in der Speichervorrichtung 12 gespeichert. Bei Ausführung veranlassen die Rechneranweisungen den elektronischen Prozessor 11, das/die hierin beschriebene(n) Verfahren auszuführen. Der elektronische Prozessor 11 ist mit einem Fahrzeugkommunikationsbus 13, wie etwa einem CAN-Bus verbunden, um Anweisungssignale zu identifizieren, die ein Aktivieren der Fahrzeugelektrosysteme VS anfordern. Das Fahrzeugelektrosystem VS kann manuell aktiviert werden. So können zum Beispiel die obigen Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV durch eine Benutzereingabe über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 14 aktiviert werden. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 14 kann eine Schnittstellenvorrichtung, wie etwa einen Touchscreen oder einen Schalter umfassen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 14 gibt abhängig von einer Benutzereingabe ein Anweisungssignal an den Fahrzeugkommunikationsbus 13 aus. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Fahrzeugelektrosystem VS automatisch oder semiautomatisch aktiviert werden. So kann die Aktivierung der beheizten Windschutzscheibe in Abhängigkeit von einer Fahrereingabe oder wenn ein Beschlagen der Scheibe erfasst wird aktiviert werden.
  • Die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHL, VSLV können als verwaltbar und nicht verwaltbar kategorisiert sein. Die nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS sind primäre Systeme, die für den Betrieb des Fahrzeugs entscheidend sind, wie etwa Servolenkung, Bremssysteme, Außenbeleuchtungssysteme usw. Die verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS sind sekundäre Systeme, die für den Betrieb des Fahrzeugs 2 nicht entscheidend sind. Der Begriff verwaltbare Elektrosysteme kann sich auf Komfortlasten im Fahrzeug 2 beziehen, wie zum Beispiel auf diejenigen Systeme, die sich auf den Insassenkomfort beziehen, und die aktiviert/deaktiviert werden können, ohne sich auf den Betrieb des Fahrzeugs 2 auszuwirken. Wie hierin beschrieben, werden die verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS selektiv durch das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last gesteuert, während die nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS außerhalb des Aufgabenbereichs des Systems 1 zum Verwalten von elektrischer Last liegen. Die nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS werden über die verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS priorisiert. Das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last wird spezifisch eingesetzt, um den Betrieb der verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform steuert das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last den Betrieb der verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Ladungskapazität in dem Hoch- und dem Niedervoltnetz NHV, NLV für den Betrieb der nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS vorliegt. Falls nicht anderweitig angegeben sind die hier erwähnten Fahrzeugelektrosysteme VS die verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS, die durch das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last gesteuert werden.
  • Die Integrierung des Systems 1 zum Verwalten von elektrischer Last mit dem Hoch- und dem Niedervoltnetz NHV, NLV ist in 2 dargestellt. Der elektronische Prozessor 11 empfängt das erste und das zweite Leistungssignal SP1, SP2 von dem riemenbetriebenen Startergenerator 3 und dem DC/DC-Wandler 6. Das erste und das zweite Stromsignal SP1, SP2 umfassen Informationen zu tatsächlicher und verfügbarer Leistung für den riemenbetriebenen Startergenerator 3 beziehungsweise für den DC/DC-Wandler 6. Der elektronische Prozessor 11 empfängt ferner das erste und das zweite Batteriesignal SB1, SB2 von dem ersten beziehungsweise dem zweiten Batterieüberwachungssystem 5, 8. Das erste und das zweite Batteriesignal SB1, SB2 umfassen Informationen zu Ladezustand (State of Charge - SOC) und Strom EIN/AUS-Informationen für die Hochvoltbatterie 4 beziehungsweise die Niedervoltbatterie 7. Der elektronische Prozessor 11 empfängt ferner Signale zur elektrischen Last, hoch und niedrig, SLH, SLL, für das Hoch- beziehungsweise das Niedrigvoltnetz NHV, HLV. Die Signale zur elektrischen Last, hoch und niedrig, SLH, SLL, umfassen Informationen zur elektrischen Last und Anweisungsinformationen für das Hochbeziehungsweise für das Niedrigvoltnetz NHV, NLV. Die Anweisungsinformationen beziehen sich auf alle die Fahrzeugelektrosysteme VS, die gegenwärtig im Hoch- und im Niedrigvoltnetz NHV, NLV aktiv sind, d. h. sowohl die verwaltbaren als auch die nicht verwaltbaren Fahrzeugelektrosysteme VS.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der riemenbetriebene Startergenerator 3 in der Lage, einen ausreichenden Strom zu erzeugen, um den DC-DC-Wandler 6 zu sättigen. Der DC/DC-Wandler 6 wird als gesättigt angesehen, wenn der Strombedarf im Wesentlichen der maximalen Kapazität des DC/DC-Wandlers 6 entspricht und der tatsächliche Strom des DC/DC-Wandlers 6 dem maximalen Strom entspricht. Um zu bestimmen, dass der DC/DC-Wandler 6 gesättigt ist, und um hochfrequentes Signalumschalten zu verhindern, wird ein Hystereseblock implementiert. Der elektronische Prozessor 11 bestimmt nur dann, dass der DC/DC-Wandler 6 gesättigt ist, wenn der verfügbare Strom im Wesentlichen dem tatsächlichen Strom plus einen Versatzwert (der kalibriert werden kann) entspricht, und der physische DC/DC-Grenzwert minus einem Versatzwert weniger als der verfügbare Strom ist. Der elektronische Prozessor 11 setzt den gesättigten Zustand zurück, wenn der tatsächliche Strom in Bezug auf den verfügbaren Strom abfällt. Der elektronische Prozessor 11 setzt eine Doppelspannungsstrategie um, um die von dem riemenbetriebenen Startergenerator 3 und von dem DC/DC-Wandler 6 verfügbare Leistung zu verwalten. Der elektronische Prozessor 11 bestimmt den erforderlichen Strom zum Aktivieren und zum Aufrechterhalten des Betriebs der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV in dem Hochvoltnetz NHV; sowie den erforderlichen Strom zum Aktivieren und zum Aufrechterhalten des Betriebs der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV in dem Niedervoltnetz NLV. Der tatsächliche Strom ist der Strom, den verschiedene Hoch- und Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV gegenwärtig verbrauchen. Der verfügbare Strom ist das Ergebnis der Subtraktion des tatsächlich verbrauchten Stroms von dem maximal verfügbaren Strom. In der vorliegenden Ausführungsform ist der verfügbare Strom für den riemenbetriebenen Startergenerator (BISG) 3 von dem verfügbaren Strom für den DC-DC-Wandler 6 verschieden. Die Aktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV wird dann in Abhängigkeit von dem verfügbaren Strom in dem Hoch- und dem Niedervoltnetz NHV, NLV gesteuert.
  • Der elektronische Prozessor 11 verwaltet die Fahrzeugelektrosysteme VS in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Prioritätsreihenfolge. Insbesondere ist ein vorgegebener Prioritätswert für jedes der Fahrzeugelektrosysteme VS im Hochvoltnetz NHV und im Niedervoltnetz NLV definiert. Der Prioritätswert ist unabhängig davon definiert, ob das Fahrzeugelektrosystem VS mit dem Hochvoltnetz NHV oder mit dem Niedervoltnetz NLV verknüpft ist. Die Prioritätswerte für das Hoch- und das Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV, VSLV sind gemeinsam in einer Nachschlagetabelle T1 definiert, die in der Speichervorrichtung 12 gespeichert ist. Die Nachschlagetabelle T1 stellt somit eine allgemeine Zusammenfassung der Prioritätswerte der Fahrzeugelektrosysteme VS bereit, auf die der elektronische Prozessor 11 zugreifen kann, um die Steuerung der Fahrzeugelektrosysteme VS zu ermöglichen. Die Fahrzeugelektrosysteme VS mit einem höheren Prioritätswert werden über die Fahrzeugelektrosysteme VS mit einem niedrigeren Prioritätswert priorisiert.
  • Wie hierin dargestellt, kann der DC/DC-Wandler 6 nur eine begrenzte Stromversorgung für das Niedervoltnetz NLV bereitstellen. Um die vorliegende Erfindung darzustellen, kann der DC-DC-Wandler 6 in der vorliegenden Ausführungsform als solcher angesehen werden, der vor der Sättigung eine Höchstleistung von 3 kW bereitstellt. Der durch den DC/DC-Wandler 6 gelieferte Strom ist typischerweise unzureichend, um die Stromanforderungen für alle Fahrzeugelektrosysteme VS in dem Niedervoltnetz NLV zu erfüllen. Der elektronische Prozessor 11 ist konfiguriert, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV in Abhängigkeit von den vorgegebenen Prioritätswerten zu steuern. Ein Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit einem höheren Prioritätswert wird vor einem Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit einem niedrigeren Prioritätswert aktiviert. Umgekehrt wird ein Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit einem höheren Prioritätswert nach einem Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit einem niedrigeren Prioritätswert deaktiviert. Wenn der DC/DC-Wandler 6 gesättigt ist, können in Abhängigkeit von den Prioritätswerten ein oder mehrere aktive Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV deaktiviert werden; oder die Aktivierung eines angeforderten Niedervolt-Fahrzeugelektrosystems VSLV kann verhindert werden.
  • Das Hochvoltnetz NHV liefert Strom an die Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV. Der durch das Hochvoltnetz NHV gelieferte Strom ist unzureichend, um die Stromanforderungen für alle Fahrzeugelektrosysteme VS in dem Niedervoltnetz NLV zu erfüllen. Der elektronische Prozessor 11 ist konfiguriert, um die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV in Abhängigkeit von den vorgegebenen Prioritätswerten zu steuern. Ein Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit einem höheren Prioritätswert wird vor einem Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit einem niedrigeren Prioritätswert aktiviert. Umgekehrt wird ein Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit einem höheren Prioritätswert nach einem Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit einem niedrigeren Prioritätswert deaktiviert. Wenn das Hochvoltnetz NHV gesättigt ist, können in Abhängigkeit von den Prioritätswerten ein oder mehrere aktive Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV deaktiviert werden; oder die Aktivierung eines angeforderten Hochvolt-Fahrzeugelektrosystems VSHV kann verhindert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der elektronische Prozessor 11 konfiguriert werden kann, um die Hoch- und Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV parallel zu steuern. Da die Prioritätswerte für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV in derselben Nachschlagetabelle definiert sind, kann der elektronische Prozessor 11 konfiguriert sein, um ein oder mehrere aktive Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV zu deaktivieren, um den Betrieb eines oder mehrerer Hochvolt-Elektrosysteme VSHV mit einem höheren Prioritätswert zu ermöglichen. Durch Entfernen der elektrischen Last aus dem Niedervoltnetz NLV kann der DC/DC-Wandler 6 deaktiviert werden, um die verfügbare Kapazität in dem Hochvoltnetz NLV zu erhöhen.
  • Eine Nachschlagetabelle T1, in der die Prioritätswerte für siebzehn (17) Fahrzeugelektrosysteme VS (gekennzeichnet als Systeme A-Q) definiert sind, ist als Beispiel nachfolgend bereitgestellt. Die Nachschlagetabelle T1 identifiziert jedes der Fahrzeugelektrosysteme VS entweder als ein Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV oder als ein Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV. In der dargestellten Anordnung sind die Systeme A, E, I, J, O im Niedervoltnetz NLV; und die Systeme B, C, D, F, G, H, K, L, M, N, P, Q sind im Hochvoltnetz NHV. Die Leistungsaufnahmen in Kilowatt (kW) der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV sind ebenfalls in der Nachschlagetabelle T1 angegeben. NACHSCHLAGETABELLE T1 - Prioritätswerte für Fahrzeugelektrosysteme
    System Priorität Leistungsbedarf LV HV
    A 3 1K ✓ ×
    B 2 3K × ✓
    C 1 1K × ✓
    D 4 1K × ×
    E 17 1K ✓ ×
    F 14 5K × ✓
    G 12 7K × ✓
    H 11 7K × ✓
    I 13 1K ✓ ×
    J 15 2K ✓ ×
    K 16 5K × ✓
    L 10 5K × ✓
    M 9 8K × ✓
    N 6 9K × ✓
    0 7 1K ✓ ×
    P 8 5K × ✓
    Q 5 5K × ✓
  • Die Fahrzeugelektrosysteme VS werden eingestuft, um die Prioritätswerte zu bestimmen, zum Beispiel auf der Grundlage ihrer wahrgenommenen Bedeutung für einen Benutzer des Fahrzeugs 2. In der in der Nachschlagetabelle T1 dargestellten Anordnung weist das Fahrzeugelektrosystem VS mit der höchsten Priorität den Prioritätswert 1 auf; und das Fahrzeugelektrosystem VS mit der niedrigsten Priorität weist den Prioritätswert 17 auf. Das Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit dem höchsten Prioritätswert ist das System A und das Niedervolt-Fahrzeugelektrosystem VSLV mit dem niedrigsten Prioritätswert ist das System E. Die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV werden in der Reihenfolge A, O, I, J, E aktiviert; und in der Reihenfolge E, J, I, O, A deaktiviert. Das Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit dem höchsten Prioritätswert ist das System C; und das Hochvolt-Fahrzeugelektrosystem VSHV mit dem niedrigsten Prioritätswert ist das System K. Die Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV werden in der Reihenfolge C, B, D, Q, N, P, M, L, H, G, F, K aktiviert; und in der Reihenfolge K, F, G, H, L, M, P, N, Q, D, B, C deaktiviert.
  • In der dargestellten Anordnung beträgt der Leistungsbedarf der Fahrzeugelektrosysteme VS in dem Niedervoltnetz NLV 6 kW. Wenn ein Benutzer anfordert, dass alle Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV aktiviert werden, ist das Niedervoltnetz NLV gesättigt. Der elektronische Prozessor 11 ist konfiguriert, die Fahrzeugelektrosysteme VS zu steuern, um die Aktivierung derjenigen Systeme mit der höchsten Priorität zu ermöglichen. Wenn die Systeme E und J deaktiviert sind, kann der DC/DC-Wandler 6 die Systeme I, O und A mit einer kombinierten Leistungsversorgung von 3kW versorgen. Der Benutzer kann ferner die Aktivierung eines der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV anfordern, wie etwa des Systems K, das einen Prioritätswert von 16 hat. Sofern eine ausreichende Kapazität im Hochvoltnetz NHV vorliegt, kann der elektronische Prozessor 11 das System K aktivieren, obwohl es einen niedrigeren Prioritätswert aufweist als das System I (das deaktiviert worden ist, weil das Niedervoltnetz NLV gesättigt ist).
  • Die Prioritätswerte der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV sind in derselben Nachschlagetabelle T1 definiert. Dies ermöglicht das Steuern der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSHV, VSLV. Darüber hinaus können Änderungen an der Architektur der Elektrosysteme leichter implementiert werden. So kann zum Beispiel in einem anderen Fahrzeug das System E von dem Niedervoltnetz NLV in das Hochvoltnetz NHV umbewegt werden. In dem obigen Beispiel kann der Benutzer die Aktivierung der Systeme E, J, I, O, A anfordern, aber in der modifizierten Architektur ist das System E nun aktiviert, da es Leistung vom Hochvoltnetz NHV aufnimmt. Ferner werden in dem Niedervoltnetz NLV die Systeme A, I und O aktiviert und nehmen eine kombinierte Leistung von 3 kW auf. Der elektronische Prozessor 11 verhindert den Betrieb des Systems J, da dieses den niedrigsten Prioritätswert aufweist und seine Aktivierung dazu führen würde, dass der DC/DC-Wandler 6 gesättigt wird.
  • Das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last steuert das Hoch- und das Niedervoltnetz NHV, NLV mit separaten Stromquellen, sowie verschiedene Fahrzeugelektrosysteme VS, die auf beide Netze NHV, NLV verteilt sind. Jedes Fahrzeugelektrosystem VS, unabhängig davon, ob es sich im Hochvoltnetz NHV oder im Niedervoltnetz NLV befindet, wird in einer vorgegebenen Reihenfolge aktiviert, sofern die Stromquelle für das mit dem Fahrzeugelektrosystem VS verknüpfte Netz NHV, NLV die Kapazität aufweist, die erforderliche Leistung zu liefern. Wenn eines der Netze NHV, NLV gesättigt ist und die erforderliche Leistung für alle der angeforderten Fahrzeugelektrosysteme VS nicht liefern kann, kann das ungesättigte Netz damit fortfahren, Fahrzeugelektrosysteme VS in diesem Netz zu betreiben und zu versorgen. Darüber hinaus können die Fahrzeugelektrosysteme VS, die in dem ungesättigten Netz betrieben werden, aktiviert werden, wenngleich sie einen niedrigeren Prioritätswert aufweisen als die Fahrzeugelektrosysteme VS in dem gesättigten Netz NHV, NLV, die deaktiviert worden sind.
  • Der elektronische Prozessor 11 handhabt die durch die Sättigung des DC/DC-Wandlers 6 erzeugte Nichtlinearität, indem die funktionale Betriebspriorität der Fahrzeugelektrosysteme VS, die Leistung aufnehmen können, verändert wird. Der elektronische Prozessor 11 kann ferner zeitlich festgelegte Anfragen implementieren, die die vorgegebene Prioritätsbetriebsreihenfolge ändern. Wenn zum Beispiel der elektronische Prozessor 11 ein Fahrzeugelektrosystem VS identifiziert, das über einen vorgegebenen Zeitraum nicht betrieben worden ist, kann ein anderes Fahrzeugelektrosystem VS mit höherer Priorität ausgeschaltet werden, um zu ermöglichen, dass das identifizierte Fahrzeugelektrosystem VS über einen vorgegebenen Zeitraum funktioniert. Die Prioritäten der obigen Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV sind in der Tabelle T2 dargelegt. TABELLE T2 - Tabelle für verwaltbare Lastpriorität nach Funktion
    Prioritä t Verwaltung AUS Verwaltung EIN Verwaltung EIN (Zeitsteuerung)
    1 Elektrische Heizung der Fahrzeugkabine (positiver Temperaturkoeffizient) Beheizbares Lenkrad (HSW) Beheizbares Lenkrad (HSW)
    2 Beheizbare (klimatisierte) Sitze (HS) Beheizbare Windschutzscheibe (HFS) Beheizbare Windschutzscheibe (HFS)
    3 Beheizbares Scheibenwischerpaket (HWP) Beheizbare Spiegel (HM) Elektrische Heizung der Fahrzeugkabine (positiver Temperaturkoeffizient)
    4 Beheizbare Heckscheibe (HRS) Beheizbare Heckscheibe (HRS) Beheizbare Heckscheibe (HRS)
    5 Beheizbare Spiegel (HM) Beheizbares Scheibenwischerpaket (HWP) Beheizbare Spiegel (HM)
    6 Beheizbare Windschutzscheibe (HFS) Beheizbare (klimatisierte) Sitze (HS) Beheizbares Scheibenwischerpaket (HWP)
    7 Beheizbares Lenkrad (HSW) Elektrische Heizung der Fahrzeugkabine (positiver Temperaturkoeffizient) Nicht verfügbar, klimatisierte Sitze sind nicht Teil dieser Funktion
  • Im Gebrauch wird ein Befehlssignal erzeugt, wenn ein Benutzer die Aktivierung eines Fahrzeugelektrosystems VS anfordert. Wenn der elektronische Prozessor 11 das Anweisungssignal empfängt, ein angefordertes Fahrzeugelektrosystem VS zu aktivieren, bestimmt der elektronische Prozessor 11, ob der verfügbare Strom in dem jeweiligen Hoch- oder Niedervoltnetz NHV, NLV ausreicht, um das Fahrzeugelektrosystem VS zu betreiben, unter der Berücksichtigung der gegenwärtigen elektrischen Last in dem entsprechenden Netz NHV, NLV aufgrund der aktiven Fahrzeugelektrosysteme VS. Falls der erforderliche Strom zum Antreiben des Fahrzeugelektrosystems VS weniger ist als der verfügbare Strom, aktiviert der elektronische Prozessor 11 das angeforderte Fahrzeugelektrosystem VS. Falls der erforderliche Strom zum Antreiben des Fahrzeugelektrosystems VS größer ist als der verfügbare Strom, vergleicht der elektronische Prozessor 11 die Prioritätswerte der aktiven Fahrzeugelektrosysteme VS mit den Prioritätswerten der angeforderten Fahrzeugelektrosysteme VS. Falls der Prioritätswert des angeforderten Fahrzeugelektrosystems VS niedriger ist als der Wert des/der aktiven Fahrzeugelektrosystems/systeme VS, aktiviert der elektronische Prozessor 11 das angeforderte Fahrzeugelektrosystem VS. Falls der Prioritätswert des angeforderten Fahrzeugelektrosystems VS höher ist als der Wert von einem oder mehreren aktiven Fahrzeugelektrosystemen VS, deaktiviert der elektronische Prozessor 11 ein aktives Fahrzeugelektrosystem VS mit einem niedrigeren Prioritätswert. Der elektronische Prozessor 11 kann mehr als ein aktives Fahrzeugelektrosystem VS deaktivieren, um eine ausreichende Kapazität in dem entsprechenden Netz NHV, NLV bereitzustellen, um eine Aktivierung der angeforderten Fahrzeugelektrosysteme VS zu ermöglichen. Die umgekehrte Steuerstrategie ist anwendbar zum Reaktivieren von Fahrzeugelektrosystemen VS, nachdem sie deaktiviert worden sind. Wenn die Ausgangsleistung vom DC/DC-Wandler 6 gesättigt ist, ist der Betrieb des Niedervolt-Fahrzeugelektrosystems VSLV abhängig von der bestehenden Last im Niedervoltnetz. Der elektronische Prozessor 11 deaktiviert die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme VSLV mit der niedrigsten Priorität. Der elektronische Prozessor 11 kann ferner bestimmen, ob ein Ladestrom an die Niedervoltbatterie 7 anzulegen ist. Wenn ein Ladestrom durch die Niedervoltbatterie 7 angefordert wird, wird die Gesamtmenge von verfügbarem Strom zum Betreiben der Fahrzeugelektrosysteme VS entsprechend verringert.
  • Nach der Beschreibung aktiviert oder deaktiviert der elektronische Prozessor 11 die Fahrzeugelektrosysteme VS. In einer modifizierten Anordnung kann der elektronische Prozessor 11 einen Betriebszustand von einem oder mehreren der Fahrzeugelektrosysteme VS steuern. So kann zum Beispiel der elektronische Prozessor 11 das Fahrzeugelektrosystem VS in einem niedrigen Betriebszustand aktivieren. Der niedrige Betriebszustand kann unter Berücksichtigung von Einschränkungen zum verfügbaren Strom in dem jeweiligen Netz niedriger sein, als vom Benutzer angefordert. Der niedrige Betriebszustand kann kalibriert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der elektronische Prozessor 11 den Betriebszustand von einem oder mehreren der Fahrzeugelektrosysteme VS in Abhängigkeit von dem verfügbaren Strom in dem jeweiligen Netz variieren. Der elektronische Prozessor 11 kann somit eine variable Verwaltungsstrategie in Abhängigkeit von dem verfügbaren Strom umsetzen.
  • Das System 1 zum Verwalten von elektrischer Last ermöglicht die korrekte Verwaltung eines Stromversorgungssystems PSS, umfassend mehrere Netze mit verschiedenen Betriebsspannungen. Es stellt diese Funktionalität bereit und stellt gleichzeitig sicher, dass die Fahrzeugelektrosysteme VS nach einer vorgegebenen Priorität betrieben werden. Die Priorität kann unter Umständen verändert werden, um sicherzustellen, dass alles betrieben wird. Ferner ist als Ergebnis der durch den DC/DC-Wandler 6 verursachten Nichtlinearität eine neue Priorisierungsreihenfolge hinzugefügt worden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der hierin beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.

Claims (28)

  1. System zum Verwalten von elektrischer Last für ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem (power supply system - PSS) mit einem Hochvoltnetz (high voltage network - NHV) und einem Niedervoltnetz (low voltage network - NLV), die über einen DC/DC-Wandler aneinander gekoppelt sind, wobei das System zum Verwalten von elektrischer Last Folgendes umfasst: ein Steuergerät zum Steuern eines oder mehrerer Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme (high voltage vehicle electrical system - VSHV), verbunden mit dem Hochvoltnetz (NHV), und eines oder mehrere Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (low voltage vehicle electrical system-VSLV), verbunden mit dem Niedervoltnetz (NLV); wobei das Steuergerät wenigstens einen Prozessor zum Empfangen von Anweisungssignalen für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) umfasst; eine Speichervorrichtung mit darauf gespeicherten Anweisungen, die mit dem wenigstens einen Prozessor gekoppelt ist; wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, in Abhängigkeit von den Anweisungssignalen eine erste elektrische Last in dem Hochvoltnetz (NHV) und eine zweite elektrische Last in dem Niedervoltnetz (NLV) zu bestimmen; und die Steuerung des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last.
  2. System zum Verwalten von elektrischer Last nach Anspruch 1, wobei jedes der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) einen vorgegebenen Wert für die elektrische Last aufweist; und wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, die erste und die zweite elektrische Last in Abhängigkeit von den vorgegebenen Werten für die elektrische Last zu bestimmen.
  3. System zum Verwalten von elektrischer Last nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, den vorgegebenen Wert für elektrische Last von einem Steuermodul zu empfangen, das verknüpft ist mit den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen (VSHV, VSLV).
  4. System zum Verwalten von elektrischer Last nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Werte für elektrische Last von den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen (VSHV, VSLV) Leistungswerte sind.
  5. System zum Verwalten von elektrischer Last nach Anspruch 4, wobei das Hochvoltnetz eine erste maximale Leistungslast aufweist und das Niedervoltnetz eine zweite maximale Leistungslast aufweist; wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist zum Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), sodass die erste und die zweite elektrische Last höchstens der ersten beziehungsweise der zweiten maximalen Leistungslast entsprechen.
  6. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, zu bestimmen, ob der DC/DC-Wandler gesättigt ist, und den Betrieb der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last zu steuern, wenn der DC/DC-Wandler gesättigt ist.
  7. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) als verwaltbar und nicht verwaltbar kategorisiert sind, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, den Betrieb der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), die nicht verwaltbar sind, über die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), die verwaltbar sind, zu priorisieren.
  8. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hoch- und die Niedervoltsysteme (VSHV, VSLV) jeweils einen Prioritätswert aufweisen, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von den Prioritätswerten zu steuern.
  9. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, den Betrieb eines jeden der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) durch Anwenden einer der folgenden Steuerstrategien zu steuern: Aktivieren/Deaktivieren der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV). Betreiben der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) bei einer vorgegebenen mittleren Leistungseinstellung; und Ändern der Stromeinstellungen der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der elektrischen Last im entsprechenden Netz.
  10. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSLV) eine Niedervoltbatterie ist, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, das Laden der Niedervoltbatterie zu steuern.
  11. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV) eine Hochvoltbatterie ist, wobei der wenigstens eine Prozessor konfiguriert ist, das Laden der Hochvoltbatterie zu steuern.
  12. System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere elektrische Generatoren mit dem Hochvoltnetz verbunden sind.
  13. Fahrzeug, ein System zum Verwalten von elektrischer Last nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend.
  14. Verfahren zum Verwalten von elektrischer Last in einem Fahrzeug-Stromversorgungssystem (PSS) mit einem Hochvoltnetz und einem Niedervoltnetz, die über einen DC/DC-Wandler aneinander gekoppelt sind, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Steuern eines oder mehrerer Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Hochvoltnetz, und eines oder mehrerer Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme, verbunden mit dem Niedervoltnetz; Empfangen von Anweisungssignalen für die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV); Bestimmen einer ersten elektrischen Last in dem Hochvoltnetz und einer zweiten elektrischen Last in dem Niedervoltnetz; und Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, umfassend das Bestimmen der ersten und der zweiten elektrischen Last, in Abhängigkeit von Werten für elektrische Last, definiert für jedes der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV).
  16. Verfahren nach Anspruch 14, umfassend das Empfangen der vorgegebenen Werte für elektrische Last von einem Steuermodul, verknüpft mit jedem der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV).
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Werte für elektrische Last von den Hoch- und den Niedervolt-Fahrzeugelektrosystemen (VSHV, VSLV) Leistungswerte sind.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, umfassend das Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), sodass die erste und die zweite elektrische Last höchstens einer ersten und einer zweiten maximalen Leistungslast entsprechen, die für das Hoch- beziehungsweise das Niedervoltnetz definiert sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, umfassend das Steuern des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten bestimmten elektrischen Last, wenn der DC/DC-Wandler gesättigt ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) als verwaltbar und nicht verwaltbar kategorisiert sind, wobei das Verfahren das Priorisieren des Betriebs der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), die nicht verwaltbar sind, über die Hoch- und die Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV), die verwaltbar sind, umfasst.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Hoch- und die Niedervoltsysteme (VSHV, VSLV), die verwaltbar sind, jeweils einen Prioritätswert aufweisen, wobei das Verfahren das Steuern der Aktivierung und/oder Deaktivierung der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von den Prioritätswerten umfasst.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, umfassend das Steuern jedes der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) durch Anwenden einer der folgenden Steuerstrategien: Aktivieren/Deaktivieren der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV); Betreiben der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) bei einer vorgegebenen mittleren Leistungseinstellung; und Ändern der Stromeinstellungen der Hoch- und der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme (VSHV, VSLV) in Abhängigkeit von der elektrischen Last im entsprechenden Netz.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei eines der Niedervolt-Fahrzeugelektrosysteme eine Niedervoltbatterie ist, wobei das Verfahren das Steuern des Ladens der Niedervoltbatterie ist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei eines der Hochvolt-Fahrzeugelektrosysteme eine Hochvoltbatterie ist, wobei das Verfahren das Steuern des Ladens der Hochvoltbatterie ist.
  25. Nicht-transientes computerlesbares Medium, umfassend einen Satz aus Rechneranweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass ein Computer das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24 ausführt.
  26. System zum Verwalten von elektrischer Last, im Wesentlichen wie hierin beschrieben, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
  27. Fahrzeug, im Wesentlichen wie hierin beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.
  28. Verfahren, im Wesentlichen wie hierin beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.
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