EP2766213A1 - Bordnetzsystem und verfahren zum betreiben eines bordnetzsystems - Google Patents

Bordnetzsystem und verfahren zum betreiben eines bordnetzsystems

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Publication number
EP2766213A1
EP2766213A1 EP12809740.9A EP12809740A EP2766213A1 EP 2766213 A1 EP2766213 A1 EP 2766213A1 EP 12809740 A EP12809740 A EP 12809740A EP 2766213 A1 EP2766213 A1 EP 2766213A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
electrical system
pulse width
switching
drive signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP12809740.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Röhrl
Birgit RÖSEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2766213A1 publication Critical patent/EP2766213A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Vehicle electrical system and method for operating a vehicle electrical system The application relates to a vehicle electrical system, a vehicle with a vehicle electrical system and a method for operating a vehicle electrical system.
  • the electrical vehicle electrical system has an electrical system with electrical consumers connected thereto, with electrical power generating devices connected thereto, and at least one energy store.
  • the energy storage device can be disconnected from the electrical system via a switching device.
  • At least one switching device monitoring device is provided which checks the operating state of the switching device.
  • the object of the application is to provide an on-board network system, a vehicle with a vehicle electrical system and a method for operating a vehicle electrical system, which enable energy savings in the operation of the electrical system.
  • An electrical system has, according to one aspect of the application, at least one on-board network branch and at least one energy storage device.
  • the electrical system has at least one switching device, wherein the at least one switching device can assume a first switching position and a second switching position.
  • the at least one energy storage device is in the first switching position with the at least one electrical system branch electrically connected.
  • the at least one energy storage device in the second switching position is electrically separated from the at least one electrical system branch.
  • the vehicle power supply system has a drive unit, which is designed to drive the at least one switching device by means of a drive signal which can be generated by a pulse width modulator.
  • a pulse width of the drive signal is adjustable as a function of at least one parameter selected from the group consisting of an instantaneous supply voltage of the at least one switching device and a current temperature of the at least one switching device.
  • the electrical system according to the aforementioned embodiment allows energy savings in an operation of the electrical system. This is done by providing the AnSteuerü designed for driving the at least one switching device, in which a pulse width of the Anêtsignais depending on the instantaneous supply voltage and / or the current temperature of the at least one switching device is adaptable.
  • the terms pulse width, pulse width and pulse duration can be used in an analogous manner. In this way, an influence of the temperature or of the supply voltage during the activation of the at least one switching device during the operation of the electrical system can be reduced or nearly eliminated to the greatest extent possible. This makes it possible to operate the switching device in a further improved manner with the lowest possible drive power.
  • the at least one switching device is preferably selected from the group consisting of a relay, in particular a high-voltage relay, and a contactor, in particular a high-voltage contactor.
  • the drive unit is designed in this embodiment for driving an excitation coil of the at least one Switching device, ie an excitation coil of the relay or the contactor.
  • the switching device is preferably designed as a so-called closer.
  • a shutter is understood to mean a switching device which is closed when the armature or currentless exciter coil is open and when the armature or current-carrying excitation coil is attracted.
  • the switching device is designed as a normally closed contact, i. as a contact which, when tightened, electrically isolates the at least one energy storage device from the at least one electrical system branch. In this way, an electrical connection of the at least one energy storage device to the at least one on-board network branch or electrical separation of the at least one energy storage device from the at least one on-board network branch can take place in each case with adaptation of the pulse width of the activation signal.
  • the electrical system also has a first determination unit, which is designed to determine at least one variable that is indicative of an instantaneous temperature of the exciter coil of the at least one switching device.
  • the first determination unit may have a temperature sensor for this purpose.
  • the temperature sensor is arranged, for example, in the region of the exciter coil.
  • the instantaneous temperature of the excitation coil can be determined in a direct manner.
  • the temperature sensor for determining a temperature in the region of an environment of the electrical system can be formed, that is, a temperature that is not determined directly in the field of excitation coil.
  • the first determination unit can be used to determine or estimate a current temperature of the exciter coil based on the determined temperature and a temperature difference. be formed model.
  • the temperature model may include, for example, a duty cycle of the at least one switching device.
  • the first determination unit is designed to determine a momentary electrical resistance of the exciter coil of the at least one switching device.
  • a current temperature of the excitation coil can be determined by means of a corresponding resistance-temperature characteristic.
  • the electrical system can also have a second detection unit, which is designed to determine the instantaneous supply voltage of the at least one switching device.
  • the second determination unit can be designed in particular for determining a momentary supply voltage of the exciter coil of the at least one switching device in the form of a relay or a contactor.
  • the pulse width modulator can have an input at which the instantaneous supply voltage can be provided or applied.
  • the pulse width modulator is designed to adapt the pulse width of the drive signal as a function of the instantaneous supply voltage that can be applied to the input.
  • the application relates to a vehicle having an electrical system according to one of the aforementioned embodiments.
  • the vehicle is, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car or a truck, and can be designed as a hybrid vehicle, as a vehicle with a pure internal combustion engine drive or as a vehicle with a purely electric drive motor.
  • the application further relates to a method for operating a vehicle electrical system, wherein the electrical system has at least one electrical system branch, at least one energy storage device and at least one switching device.
  • the at least one switching device can assume a first switching position and a second switching position, wherein the at least one energy storage device in the first switching position is electrically connected to the at least one electrical system branch and wherein the at least one energy storage device is electrically separated from the at least one electrical system branch in the second switching position.
  • the method comprises the following steps. There is a generation of a drive signal for driving the at least one switching device by means of a
  • Pulse width modulator In addition, a determination of at least one parameter selected from the group consisting of an instantaneous supply voltage of the at least one switching device and a, an instantaneous temperature of the at least one switching device characteristic size. Furthermore, an adaptation of a pulse width of the drive signal takes place as a function of the at least one determined parameter.
  • the pulse width of the drive signal is reduced in one embodiment of the method at an increased value of the instantaneous supply voltage and / or at a reduced value of the current temperature.
  • the pulse width of the drive signal is increased at a reduced value of the instantaneous supply voltage and / or at an increased value of the instantaneous temperature. This can influence the temperature or the supply Voltage in the control of the at least one switching device are reduced as much as possible.
  • the at least one switching device is preferably selected from the group consisting of a relay, in particular a high-voltage relay, and a contactor, in particular a high-voltage contactor.
  • the adaptation of the pulse width is carried out in one embodiment after a predetermined period of time after a drive signal for attracting the at least one switching device in the form of a relay or a contactor.
  • a tightening of the relay or of the contactor is understood to mean that an armature of the relay or the contactor is attracted to it by the current-carrying exciter coil.
  • Said embodiment is based on the consideration that for the tightening of the switching device, a higher power consumption compared to a tightened state is needed and thus a pulse width modulation should be done only when the relay or contactor.
  • a switching duration can be taken into account.
  • the at least one switching device is selected from the group consisting of a relay, in particular a high-voltage relay, and a contactor, in particular a high-voltage contactor, it is also determined whether the at least one switching device has been tightened. It is thus determined whether a tightening of the relay or the contactor has occurred.
  • the adaptation of the pulse width if a successful tightening of the at least one switching device is determined takes place. This again takes into account the increased power consumption when the relay or contactor is not energized, wherein in this embodiment, moreover, the tightening of the switching device is determined.
  • the adaptation of the pulse width as near as possible after a successful switching operation of at least one
  • Determining a, an instantaneous temperature of the at least one switching characteristic characteristic parameter includes in one embodiment of the method, a determination of a momentary electrical resistance of an excitation coil of the at least one switching device in the form of a relay or a contactor.
  • the method further comprises the following steps in one embodiment. There is a reduction in the pulse width of the drive signal. In addition, a determination is made as to whether the at least one switching device has fallen off, i. determining if the at least one switching device is no longer energized. If it is determined that the at least one switching device has not fallen off, the at least one switching device is actuated by means of a drive signal having the reduced pulse width. The assumption is that a reduced pulse width allows for further energy savings, but it must be taken into account that the relay or the contactor remains attracted even with a reduced pulse width.
  • the said steps are preferably carried out repeatedly until it is determined that the at least one switching device has fallen off.
  • a lower limit of the reduced pulse width can be determined.
  • the said steps can be carried out in particular before the steps of generating a drive signal, determining the at least one parameter and adapting a pulse width of the drive signal as a function of the at least one determined parameter. It can thus first the lower limit of Reduced pulse width can be determined and then the pulse width of the drive signal in response to the temperature and / or the supply voltage can be adjusted.
  • FIG. 1A shows a block diagram of a vehicle electrical system according to an embodiment of the application
  • FIG. 1B shows a block diagram of the electrical system according to FIG.
  • Figure IC shows components of the electrical system according to the
  • FIGS. 1A and 1B are identical to FIGS. 1A and 1B;
  • Figure 2 shows a duty cycle voltage diagram for a
  • FIG. 1A shows a schematic block diagram of a vehicle electrical system 1 according to one embodiment of the application.
  • the electrical system 1 may be part of a motor vehicle, not shown in detail, in particular a passenger car or a truck.
  • the electrical system 1 can be designed as a high-voltage system of an electric vehicle.
  • the electrical system 1 has a first vehicle electrical system branch 2 with a nominal voltage of 48 V, for example.
  • electrical consumers, voltage transformers, in particular in the form of a DC / DC converter, and / or electrical power generation devices can be arranged in the first on-board network branch 2 be, which are not shown in detail for reasons of clarity in the figures.
  • the on-board network system 1 may have further on-board network branches, wherein a nominal voltage in the further on-board network branches may correspond to the nominal voltage of the first on-board network branch 2 or be different therefrom.
  • the further on-board network branches can likewise have electrical consumers, voltage transformers and / or electrical energy generation devices and are not shown in greater detail in the figures for reasons of clarity. Consumers or consumers can be, for example, a power electronics of a vehicle drive, an electric air conditioning compressor, a heater or a charger.
  • the electrical system 1 also has an electrical energy storage device 3, for example in the form of a 12-volt accumulator. Furthermore, the on-board electrical system 1 has at least one schematically illustrated switching device 4, wherein the switching device 4 can assume a first switching position and a second switching position.
  • the energy storage device 3 is electrically connected in the first switching position with the first electrical system branch 2 and electrically separated in the second switching position of the first electrical system branch 2.
  • the on-board network system 1 has a drive unit 5 which is designed to drive the at least one switching device 4 by means of a drive signal which can be generated by a pulse width modulator 6.
  • the drive unit 5 is connected via a control line 10 with the at least one switching device 4.
  • a pulse width of the Control signal in response to at least one parameter selected from the group consisting of a current supply voltage of the switching device 4 and a current temperature of the switching device 4, adaptable.
  • the switching device 4 and the drive unit 5 are arranged in a distributor unit 12.
  • the control line 10 can be kept as short as possible, whereby the electromagnetic compatibility can be improved.
  • the distributor unit 12 which is also referred to as a high-voltage junction box (HVJB) or power distribution unit (PDU)
  • HVJB high-voltage junction box
  • PDU power distribution unit
  • the voltage, in particular the high voltage, measured in the distribution unit 12 and the information as to whether a high voltage is present on the relevant branch or not, are transmitted to a further, not shown electronics.
  • This measurement can also be redundant, so that single errors can be detected.
  • FIG. 1B shows a block diagram of the electrical system 1 according to FIG. 1A. Components with the same functions as in Figure 1A are marked with the same reference characters and not explained again below.
  • the energy storage device 3 has two poles in the form of a positive pole and a negative pole, which provide the supply voltage for the first on-board network branch 2.
  • FIG. 1B schematically shows an electrical load 11 arranged in the first on-board network branch 2, for example an electric air-conditioning compressor or a Heater, shown.
  • the electrical system 1 can also have a plurality of consumers or devices that supply the central supply voltage of the energy storage device
  • 3 tap and branches are arranged, for example, in different electrical system.
  • the energy storage device 3 In the first switching position of the two switching devices 4 shown in FIG. 1B, the energy storage device 3 is electrically connected to the first vehicle electrical system branch 2. In the second switching position of the switching devices 4, not shown, the energy storage device 3 is electrically separated from the first electrical system branch 2.
  • both the plus terminal and the minus terminal of the energy storage device 3 have their own switching device 4.
  • the switching devices 4 are selected from the group consisting of a relay, in particular a high-voltage relay, and a contactor, in particular a high-voltage contactor. This allows both poles, both plus and minus, to be switched. In the shown
  • two separate switching devices 4 for the first board power supply branch 2 and thus provided for a high-voltage path.
  • a so-called double contactor may be provided.
  • the drive unit 5 is designed to drive the two switching devices 4 by means of a respective drive signal which can be generated by a pulse width modulator (not shown in detail in FIG. 1B). For this purpose, the drive unit 5 via a respective control line 10 with the two switching devices
  • the two switching devices 4 and the drive unit 5 are arranged in the illustrated embodiment in the distributor unit 12, as already explained above.
  • a pulse width of the respective drive signal in response to at least one parameter selected from the group consisting of a current supply voltage of the respective switching device 4 and a current temperature of the switching device 4, adaptable.
  • the supply voltages and temperatures of the two switching devices 4 are each approximately identical, so that a control can be carried out in a simple manner.
  • the switching devices 4 are formed in the embodiment shown as a so-called normally open, which are also referred to as normally open contacts.
  • a closing device is understood to be a switching device which, when the armature has fallen off, or.
  • the switching devices 4 it is also possible for the switching devices 4 to be designed as normally closed contacts, ie as contacts which, when tightened, electrically disconnect the energy storage device 3 from the first on-board network branch 2.
  • FIG. 1C shows components of the electrical system according to FIGS. 1A and 1B.
  • the drive unit 5 is shown.
  • the drive unit 5 is designed to drive an excitation coil 7 of the respective switching device, wherein in FIG. 1C only one excitation coil 7 is shown for reasons of clarity.
  • the drive unit 5 is connected via the control line 10 to the exciter coil 7.
  • the switching devices not shown in detail in Figure IC for example, require between 2 and 5 watts of power on the exciter side. This leads to a total drive power, which is typically no longer negligible, especially in an on-board network of vehicles.
  • increased cross sections of the copper cables are needed, which increases the associated costs and weight and additionally causes heat loss.
  • a pulse width of the drive signal in response to a current supply voltage of the respective excitation coil 7 and a current temperature of the respective excitation coil 7 can be adjusted.
  • the vehicle electrical system has a first determination unit 8, which is designed to determine a variable characterizing an instantaneous temperature of the exciter coil 7.
  • the first determination unit 8 can for this purpose in particular have a temperature sensor.
  • the electrical system has a second detection unit 9, which is designed to determine the instantaneous supply voltage of the respective exciter coil 7.
  • the determined temperature variable is conducted via a signal line 13 and the determined instantaneous supply voltage via a signal line 14 and then transmitted via a common signal line 15 to the drive unit 5.
  • the pulse width of the drive signal generated by a pulse width modulator not shown in detail in FIG. This will be the pulse width of the drive signal is reduced at an increased value of the instantaneous supply voltage and / or at a reduced value of the instantaneous temperature. Furthermore, the pulse width of the drive signal is increased at a reduced value of the instantaneous supply voltage and / or at an increased value of the instantaneous temperature. Reducing the pulse width is equivalent to increasing a distance between the individual pulses or equivalent to decreasing the duty cycle, wherein the duty cycle is defined as the ratio between the switch-on time and the total duration of the corresponding drive interval. Accordingly, an increase in the pulse width is equivalent to a reduction in the distance between the individual pulses or an increase in the duty cycle.
  • the drive signal adapted in this way is applied to the exciter coil 7 via the control line 10.
  • the energy saving leads advantageously to a reduced emission of exhaust gases, in particular a reduced C0 2 emissions, or to a lower energy consumption in electric vehicles, so that the range of electric vehicles can be increased in an advantageous manner.
  • the switching devices 4 for example in the form of contactors, are subjected to a switching operation, which is typically completed after a few milliseconds, with a pulse width modulation (PWM) to lower the power in the hold state.
  • PWM pulse width modulation
  • the voltage supply gap occurring with the pulse width modulation is to be kept so small or so short that the selected relay can not follow because of its inertia and therefore remains energized.
  • the pulse width modulation can be adapted accordingly, whereby the temperature influence can be almost eliminated.
  • the supply voltage of the field winding of a relay can be moved. The higher this is, i. the more power is available, the longer the pause can be set, which leads to a reduction in performance.
  • This voltage tracking can be done either continuously with the voltage change or in steps.
  • both voltage and temperature can either be measured by means of an AD converter in a microcontroller or act directly on the PWM generator for the switching component by means of intelligent hardware circuitry.
  • both contactors or both coils of a double contactor are supplied with a PWM-controlled control. This is typically possible without significant limitations, since both contactors in the same environment and application also have nearly identical supply voltage and winding temperature, apart from manufacturing tolerances.
  • the temperature of the contactors is not measured directly, for example, since this can be expensive, in particular when using a plurality of components, the temperature can be determined centrally by means of a computer model in a microcontroller, which among other things the on-time used as a calculation basis, be concluded with sufficient accuracy to the winding temperature.
  • the embodiments of the application to high-voltage relay which a PWM economy shutdown with a pulse width modulation after the switching process with a fixed pulse width on or. have been grown.
  • the electric PWM generation for the control is preferably designed such that even such relays can be used.
  • the control unit 5 shown in FIGS. 1A to 1C can be used for a so-called waste test. In this case, the pauses of the PWM signal are continuously increased, for example, until the magnetic circuit of the relay can no longer be held and the relay thus drops, ie returns to the idle state.
  • This drop is detected by the electronics, for example by a current measurement.
  • the point or pulse / pause ratio, and thus the winding supply at which the relay drops, is the one for an operating condition, i. Temperature, current voltage and also individual winding tolerance, minimum possible setting. From this point it is possible to work with more or less safety distance and the regulation already explained above in the form of voltage and temperature tracking.
  • the described waste test is typically provided in circuits or consumers that tolerate a short-term off state.
  • the waste test represents one Possibility to detect the lower end of the actual system.
  • the garbage test may optionally be performed at a time or a system state where the controlled system does not fall into an undesired mode.
  • Figure 2 shows a duty cycle voltage diagram for a switching device according to an embodiment of the application.
  • the duty cycle i. the ratio between the switch-on time and the total duration of the drive signal, expressed as a percentage.
  • the duty cycle voltage characteristic in this embodiment includes three linear portions each, with a small negative slope being provided for a lower voltage range up to a lower voltage threshold Ui.
  • a middle voltage range between the lower voltage threshold Ui and an upper voltage threshold U 2 a more falling curve is provided, which in turn merges in an upper voltage range above the upper voltage threshold U 2 into a flat falling linear portion.

Landscapes

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Abstract

Bordnetzsystem (1), das zumindest einen Bordnetzzweig (2) und zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) aufweist. Zudem weist das Bordnetzsystem (1) zumindest eine Schaltvorrichtung (4) auf, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen kann. Die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) ist in der ersten Schaltstellung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig (2) elektrisch verbunden. Ferner ist die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) in der zweiten Schaltstellung von dem zumindest einen Bordnetzzweig (2) elektrisch getrennt. Eine Ansteuereinheit (5) ist zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) mittels eines, von einem Pulsweitenmodulator (6) erzeugbaren Ansteuersignais ausgebildet. Eine Pulsbreite des Ansteuersignais ist in Abhängigkeit zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) und einer momentanen Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung (4), anpassbar.

Description

Beschreibung
Bordnetz System und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzsystems Die Anmeldung betrifft ein Bordnetzsystem, ein Fahrzeug mit einem Bordnetz System und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzsystems .
Aus der DE 102008 040810 AI ist ein elektrisches Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das elektrische Bordnetzsystem weist ein Bordnetz mit daran angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, mit daran angeschlossenen elektrischen Energieerzeugungsvorrichtungen, sowie wenigstens einem Energiespeicher auf. Der Energiespeicher kann über eine Schaltvor- richtung vom Bordnetz getrennt werden. Es ist wenigstens eine Schaltvorrichtungsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, die den Betriebs zustand der Schaltvorrichtung überprüft.
Aufgabe der Anmeldung ist es, ein Bordnetzsystem, ein Fahrzeug mit einem Bordnetzsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetz Systems anzugeben, welche eine Energieeinsparung im Betrieb des Bordnetzsystems ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Bordnetzsystem weist gemäß einem Aspekt der Anmeldung zumindest einen Bordnetzzweig und zumindest eine Energie- Speichervorrichtung auf. Zudem weist das Bordnetzsystem zumindest eine Schaltvorrichtung auf, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen kann. Die zumindest eine Energiespeichervorrichtung ist in der ersten Schaltstellung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig elektrisch verbunden. Weiterhin ist die zumindest eine Energiespeichervorrichtung in der zweiten Schaltstellung von dem zumindest einen Bordnetzzweig elektrisch getrennt. Ferner weist das Bordnetzsystem eine Ansteuereinheit auf, die zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung mittels eines, von einem Pulsweitenmodulator erzeugbaren An- steuerSignals ausgebildet ist. Eine Pulsbreite des Ansteuersignais ist in Abhängigkeit zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung und einer momentanen Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung, anpassbar .
Das Bordnetzsystem gemäß der genannten Ausführungsform ermöglicht eine Energieeinsparung bei einem Betrieb des Bordnetzsystems. Dies erfolgt durch das Vorsehen der zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung ausgebildeten AnSteuereinheit, bei der eine Pulsbreite des Ansteuersignais in Abhängigkeit der momentanen Versorgungsspannung und/oder der momentanen Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung anpassbar ist. Die Begriffe Pulsbreite, Pulsweite und Pulsdauer können dabei in analoger Weise verwendet werden. Damit kann ein Einfluss der Temperatur bzw. der Versorgungsspannung bei der Ansteuerung der zumindest einen Schaltvorrichtung während des Betriebs des Bordnetzsystems in möglichst hohem Maße reduziert bzw. nahezu eliminiert werden. Dies ermöglicht, die Schaltvorrichtung in weiter verbesserter Weise bei möglichst geringer Ansteuerleistung zu betreiben.
Die zumindest eine Schaltvorrichtung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais, insbesondere einem Hochvoltrelais, und einem Schütz, insbesondere einem Hochvoltschütz. Die Ansteuereinheit ist in dieser Ausgestaltung ausgebildet zum Ansteuern einer Erregerspule der zumindest einen Schaltvorrichtung, d.h. einer Erregerspule des Relais bzw. des Schützes .
Die Schaltvorrichtung ist dabei bevorzugt als so genannter Schließer ausgebildet. Dabei wird unter einem Schließer eine Schaltvorrichtung verstanden, die bei abgefallenem Anker bzw. stromloser Erregerspule offen und bei angezogenem Anker bzw. stromdurchflossener Erregerspule geschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schaltvorrichtung als Ruhekontakt ausgebildet ist, d.h. als ein Kontakt, der in angezogenem Zustand die zumindest eine Energiespeichervorrichtung von dem zumindest einen Bordnetzzweig elektrisch trennt. Damit kann eine elektrische Verbindung der zumindest einen Energiespeichervorrichtung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig bzw. eine elektrische Trennung der zumindest einen Energiespeichervorrichtung von dem zumindest einen Bordnetzzweig jeweils unter Anpassung der Pulsbreite des Ansteuersignais erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bordnetz System zudem eine erste Ermittlungseinheit auf, die zum Ermitteln zumindest einer, eine momentane Temperatur der Erregerspule der zumindest einen Schaltvorrichtung kennzeichnenden Größe ausgebildet ist.
Die erste Ermittlungseinheit kann dazu einen Temperatursensor aufweisen. Der Temperatursensor ist dabei beispielsweise im Bereich der Erregerspule angeordnet. Damit kann die momentane Temperatur der Erregerspule in unmittelbarer Weise bestimmt werden. Weiterhin kann der Temperatursensor zum Ermitteln einer Temperatur im Bereich einer Umgebung des Bordnetzsystems ausgebildet sein, d.h. einer Temperatur, die nicht unmittelbar im Bereich der Erregerspule ermittelt wird. Die erste Ermittlungseinheit kann in dieser Ausgestaltung zum Ermitteln bzw. Abschätzen einer momentanen Temperatur der Erregerspule basierend auf der ermittelten Temperatur und einem Temperatur- modell ausgebildet sein. Das Temperaturmodell kann beispielsweise eine Einschaltdauer der zumindest einen Schaltvorrichtung beinhalten.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines momentanen elektrischen Widerstands der Erregerspule der zumindest einen Schaltvorrichtung ausgebildet. Eine momentane Temperatur der Erregerspule kann dabei mittels einer entsprechenden Widerstands-Temperatur-Kennlinie ermittelt werden.
Das Bordnetzsystem kann zudem eine zweite Ermittlungseinheit aufweisen, die zum Ermitteln der momentanen Versorgungs Spannung der zumindest einen Schaltvorrichtung ausgebildet ist. Die zweite Ermittlungseinheit kann dabei insbesondere zum Ermitteln einer momentanen Versorgungs Spannung der Erregerspule der zumindest einen Schaltvorrichtung in Form eines Relais bzw. eines Schützes ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Pulsweitenmodulator einen Eingang aufweisen, an welchem die momentane Versorgungsspannung bereitgestellt bzw. angelegt werden kann. Der Pulsweitenmodulator ist in dieser Ausgestaltung zum Anpassen der Pulsbreite des AnsteuerSignals in Abhängigkeit der an dem Eingang anlegbaren momentanen Versorgungs Spannung ausgebildet.
Weiterhin betrifft die Anmeldung ein Fahrzeug, das ein Bordnetzsystem gemäß einer der genannten Ausführungsformen aufweist . Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, und kann als Hybridfahrzeug, als Fahrzeug mit reinem Verbrennungsmotorantrieb oder als Fahrzeug mit rein elektrischem Antriebsmotor ausgebildet sein. Die Anmeldung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetz Systems , wobei das Bordnetzsystem zumindest einen Bordnetz zweig, zumindest eine Energiespeichervorrichtung und zumindest eine Schaltvorrichtung aufweist. Die zumindest eine Schaltvorrichtung kann eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen, wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung in der ersten Schaltstellung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig elektrisch verbunden ist und wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung in der zweiten Schaltstellung von dem zumindest einen Bordnetzzweig elektrisch getrennt ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Erzeugen eines AnsteuerSignals zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung mittels eines
Pulsweitenmodulators. Zudem erfolgt ein Ermitteln zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung und einer, eine momentane Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung kennzeichnenden Größe. Weiterhin erfolgt ein Anpassen einer Pulsbreite des AnsteuerSignals in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Parameters.
Das Fahrzeug sowie das Verfahren gemäß der Anmeldung weisen die bereits im Zusammenhang mit dem Bordnetzsystem gemäß der Anmeldung genannten Vorteile auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.
Die Pulsbreite des Ansteuersignais wird in einer Ausführungsform des Verfahrens bei einem erhöhten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem verringerten Wert der momentanen Temperatur verringert. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Pulsbreite des AnsteuerSignals bei einem verringerten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem erhöhten Wert der momentanen Temperatur vergrößert. Damit kann ein Einfluss der Temperatur bzw. der Versorgungs- Spannung bei der Ansteuerung der zumindest einen Schaltvorrichtung in möglichst hohem Maße reduziert werden.
Die zumindest eine Schaltvorrichtung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais, insbesondere einem Hochvoltrelais, und einem Schütz, insbesondere einem Hochvoltschütz. Das Anpassen der Pulsbreite erfolgt dabei in einer Ausführungsform nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach einem Ansteuersignal für ein Anziehen der zumindest einen Schalt- Vorrichtung in Form eines Relais bzw. eines Schützes. Dabei wird unter einem Anziehen des Relais bzw. des Schützes verstanden, dass ein Anker des Relais bzw. des Schützes bei stromdurch- flossener Erregerspule von dieser angezogen ist. Die genannte Ausführungsform geht von der Überlegung aus, dass für das Anziehen der Schaltvorrichtung eine höhere Leistungsaufnahme im Vergleich zu einem angezogenen Zustand benötigt wird und damit eine Pulsbreitenmodulation erst bei angezogenem Relais bzw. Schütz erfolgen soll. Mittels der vorbestimmten Zeitdauer kann dabei eine Schaltdauer berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform, in der die zumindest eine Schaltvorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais, insbesondere einem Hochvoltrelais, und einem Schütz, insbesondere einem Hochvoltschütz, wird zudem ermittelt, ob ein Anziehen der zumindest einen Schaltvorrichtung erfolgt ist. Es wird somit ermittelt, ob ein Anziehen des Relais bzw. des Schützes erfolgt ist. In dieser Ausführungsform erfolgt das Anpassen der Pulsbreite, falls ein erfolgtes Anziehen der zumindest einen Schaltvorrichtung ermittelt wird. Damit wird wiederum der erhöhten Leistungsaufnahme bei nicht angezogenem Relais bzw. Schütz Rechnung getragen, wobei in dieser Ausführungsform zudem das Anziehen der Schaltvorrichtung ermittelt wird. Damit kann das Anpassen der Pulsbreite möglichst zeitnahe nach einem erfolgten Schaltvorgang der zumindest einen
Schaltvorrichtung ausgeführt werden.
Das Ermitteln eines, eine momentane Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung kennzeichnenden Parameters beinhaltet in einer Ausgestaltung des Verfahrens ein Ermitteln eines momentanen elektrischen Widerstands einer Erregerspule der zumindest einen Schaltvorrichtung in Form eines Relais bzw. eines Schützes .
Falls die zumindest eine Schaltvorrichtung in Form eines Relais bzw. eines Schützes angezogen ist, weist das Verfahren in einer Ausführungsform weiterhin folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Verringern der Pulsbreite des AnsteuerSignals . Zudem erfolgt ein Ermitteln, ob die zumindest eine Schaltvorrichtung abgefallen ist, d.h. ein Ermitteln, ob die zumindest eine Schaltvorrichtung nicht mehr angezogen ist. Falls ermittelt wird, dass die zumindest eine Schaltvorrichtung nicht abgefallen ist, erfolgt ein Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung mittels eines, die verringerte Pulsbreite aufweisenden AnsteuerSignals . Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, dass eine verringerte Pulsbreite eine weitere Energieeinsparung ermöglicht, dabei jedoch zu berücksichtigen ist, dass das Relais bzw. der Schütz auch bei verringerter Pulsbreite weiterhin angezogen bleibt.
Die genannten Schritte werden bevorzugt solange wiederholt ausgeführt, bis ermittelt wird, dass die zumindest eine Schaltvorrichtung abgefallen ist. Damit kann eine untere Grenze der verringerten Pulsbreite ermittelt werden. Die genannten Schritte können dabei insbesondere vor den Schritten des Er- zeugens eines Ansteuersignais, des Ermitteins des zumindest einen Parameters und des Anpassens einer Pulsbreite des AnsteuerSignals in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Parameters erfolgen. Es kann somit zunächst die untere Grenze der verringerten Pulsbreite ermittelt werden und anschließend die Pulsbreite des AnsteuerSignals in Abhängigkeit der Temperatur und/oder der Versorgungsspannung angepasst werden. Ausführungsformen der Anmeldung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1A zeigt ein Prinzipschaltbild eines Bordnetzsystems gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
Figur 1B zeigt ein Blockschaltbild des Bordnetzsystems gemäß
Figur 1A;
Figur IC zeigt Komponenten des Bordnetzsystems gemäß den
Figuren 1A und 1B;
Figur 2 zeigt ein Tastverhältnis-Spannungs-Diagramm für eine
Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung .
Figur 1A zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines Bordnetz Systems 1 gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung.
Das Bordnetzsystem 1 kann Bestandteil eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens sein. Beispielsweise kann das Bordnetz System 1 als Hochvoltsystem eines Elektrofahrzeuges ausgebildet sein.
Das Bordnetz System 1 weist einen ersten Bordnetzzweig 2 mit einer Nominalspannung von beispielsweise 48 V auf. In dem ersten Bordnetz zweig 2 können insbesondere elektrische Verbraucher, Spannungswandler, insbesondere in Form eines DC/DC-Wandlers, und/oder elektrische Energieerzeugungsvorrichtungen angeordnet sein, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht näher dargestellt sind.
Zusätzlich zu dem ersten Bordnetzzweig 2 kann das Bordnetzsystem 1 weitere Bordnetz zweige aufweisen, wobei eine Nominalspannung in den weiteren Bordnetzzweigen der Nominalspannung des ersten Bordnetz zweigs 2 entsprechen oder von dieser verschieden sein kann. Die weiteren Bordnetzzweige können ebenfalls elektrische Verbraucher, Spannungswandler und/oder elektrische Energie- erzeugungsvorrichtungen aufweisen und sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht näher dargestellt. Verbraucher bzw. Abnehmer können dabei beispielsweise eine Leistungselektronik eines Fahrzeug-Antriebs, ein elektrischer Klimakompressor, ein Heizgerät oder ein Ladegerät sein.
Das Bordnetzsystem 1 weist zudem eine elektrische Energiespeichervorrichtung 3 auf, beispielsweise in Form eines 12-Volt-Akkumulators . Ferner weist das Bordnetzsystem 1 zumindest eine schematisch dargestellte Schaltvorrichtung 4 auf, wobei die Schaltvorrichtung 4 eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen kann. Die Energiespeichervorrichtung 3 ist dabei in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch verbunden und in der zweiten Schaltstellung von dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch getrennt.
Darüber hinaus weist das Bordnetzsystem 1 eine Ansteuereinheit 5 auf, die zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung 4 mittels eines, von einem Pulsweitenmodulator 6 erzeugbaren AnsteuerSignals ausgebildet ist. Die Ansteuereinheit 5 ist dazu über eine Steuerleitung 10 mit der zumindest einen Schaltvorrichtung 4 verbunden. Wie im Zusammenhang mit den folgenden Figuren näher erläutert wird, ist eine Pulsbreite des An- Steuersignals in Abhängigkeit zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der Schaltvorrichtung 4 und einer momentanen Temperatur der Schaltvorrichtung 4, anpassbar.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Schaltvorrichtung 4 sowie die Ansteuereinheit 5 in einer Verteilereinheit 12 angeordnet . Damit kann die Steuerleitung 10 möglichst kurz gehalten werden, womit die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden kann. Mittels der Verteilereinheit 12, die auch als Hochvolt-Junction-Box (HVJB) oder Power Distribution Unit (PDU) bezeichnet wird, können die in Figur 1A nicht näher dargestellten Pole der elektrischen Energiespeichervorrichtung 3 auf mehrere Abgriffe vervielfältigt werden.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann die Spannung, insbesondere die Hochspannung, in der Verteilereinheit 12 gemessen und die Information, ob auf dem relevanten Zweig eine Hochspannung vorhanden ist oder nicht, an eine weitere, nicht näher dargestellte Elektronik übermittelt werden. Diese Messung kann außerdem redundant ausgeführt sein, sodass Einfachfehler de- tektiert werden können.
Figur 1B zeigt ein Blockschaltbild des Bordnetzsystems 1 gemäß Figur 1A. Komponenten mit den gleichen Funktionen wie in Figur 1A werden mit den gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht nochmals erläutert.
Wie in Figur 1B dargestellt ist, weist die Energiespeichervorrichtung 3 zwei Pole in Form eines Pluspols und eines Minuspols auf, die die Versorgungsspannung für den ersten Bordnetzzweig 2 zur Verfügung stellen. Ferner ist in Figur 1B schematisch ein in dem ersten Bordnetzzweig 2 angeordneter elektrischer Verbraucher 11, beispielsweise ein elektrischer Klimakompressor oder ein Heizgerät, gezeigt. Wie bereits erläutert, kann das Bordnetzsystem 1 auch mehrere Verbraucher bzw. Geräte aufweisen, die die zentrale Versorgungsspannung der Energiespeichervorrichtung
3 abgreifen können und beispielsweise in unterschiedlichen Bordnetz zweigen angeordnet sind.
In der in Figur 1B gezeigten ersten Schaltstellung der beiden Schaltvorrichtungen 4 ist die Energiespeichervorrichtung 3 mit dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch verbunden. In der nicht dargestellten zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtungen 4 ist die Energiespeichervorrichtung 3 elektrisch von dem ersten Bordnetz zweig 2 getrennt.
In der gezeigten Ausführungsform weist sowohl der Plus-Anschluss als auch der Minus-Anschluss der Energiespeichervorrichtung 3 eine eigene Schaltvorrichtung 4 auf. Die Schaltvorrichtungen 4 sind dabei ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais, insbesondere einem Hochvoltrelais, und einem Schütz, insbesondere einem Hochvoltschütz. Damit können beide Pole, sowohl Plus als auch Minus, geschaltet werden. In der gezeigten
Ausführungsform sind zwei getrennte Schaltvorrichtungen 4 für den ersten Bordnetzzweig 2 und damit für einen Hochvolt-Pfad vorgesehen. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch ein so genannter Doppelschütz vorgesehen werden.
Die Ansteuereinheit 5 ist zum Ansteuern der beiden Schaltvorrichtungen 4 mittels jeweils eines, von einem in Figur 1B nicht näher dargestellten Pulsweitenmodulator erzeugbaren An- steuerSignals ausgebildet. Dazu ist die Ansteuereinheit 5 über jeweils eine Steuerleitung 10 mit den beiden Schaltvorrichtungen
4 verbunden. Die beiden Schaltvorrichtungen 4 sowie die Ansteuereinheit 5 sind in der gezeigten Ausführungsform wie bereits oben erläutert in der Verteilereinheit 12 angeordnet. Wie im Zusammenhang mit den folgenden Figuren näher erläutert wird, ist eine Pulsbreite des jeweiligen AnsteuerSignals in Abhängigkeit zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der jeweiligen Schaltvorrichtung 4 und einer momentanen Temperatur der Schaltvorrichtung 4, anpassbar. In der gezeigten Ausführungsform sind die Versorgungsspannungen und Temperaturen der beiden Schaltvorrichtungen 4 jeweils näherungsweise identisch, womit eine Ansteuerung in einfacher Weise erfolgen kann. Die Schaltvorrichtungen 4 sind in der gezeigten Ausführungsform als so genannter Schließer, die auch als Arbeitskontakte bezeichnet werden, ausgebildet. Dabei wird unter einem Schließer eine Schaltvorrichtung verstanden, die bei abgefallenem Anker bzw . stromloser Erregerspule offen und bei angezogenem Anker bzw . stromdurchflossener Erregerspule geschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schaltvorrichtungen 4 als Ruhekontakte ausgebildet sind, d.h. als Kontakte, die in angezogenem Zustand die Energiespeichervorrichtung 3 von dem ersten Bordnetzzweig 2 elektrisch trennen.
Figur IC zeigt Komponenten des Bordnetz Systems gemäß den Figuren 1A und IB.
In Figur IC ist dabei wiederum die Ansteuereinheit 5 gezeigt. Wie in Figur IC dargestellt, ist die Ansteuereinheit 5 zum Ansteuern einer Erregerspule 7 der jeweiligen Schaltvorrichtung ausgebildet, wobei in Figur IC aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Erregerspule 7 dargestellt ist. Die Ansteuereinheit 5 ist dazu über die Steuerleitung 10 mit der Erregerspule 7 verbunden. Die in Figur IC nicht näher dargestellten Schaltvorrichtungen benötigen beispielsweise zwischen 2 und 5 Watt Eigenleistung auf der Erregerseite . Dies führt zu einer Gesamtansteuerleistung, die insbesondere in einem Bordnetz von Fahrzeugen typischerweise nicht mehr zu vernachlässigen ist. Zudem werden erhöhte Querschnitte der Kupferleitungen benötigt, was die damit verbundenen Kosten sowie das Gewicht erhöht und zusätzlich Verlustwärme verursacht. Mittels der Ausführungsformen der Anmeldung können die genannten Effekte in vorteilhafter Weise verringert werden.
Dazu ist eine Pulsbreite des Ansteuersignais in Abhängigkeit einer momentanen Versorgungs Spannung der jeweiligen Erreger- spule 7 und einer momentanen Temperatur der jeweiligen Erregerspule 7 anpassbar.
Dabei weist das Bordnetzsystem in der gezeigten Ausführungsform eine erste Ermittlungseinheit 8 auf, die zum Ermitteln einer, eine momentane Temperatur der Erregerspule 7 kennzeichnenden Größe ausgebildet ist. Die erste Ermittlungseinheit 8 kann dazu insbesondere einen Temperatursensor aufweisen. Weiterhin weist das Bordnetzsystem eine zweite Ermittlungseinheit 9 auf, die zum Ermitteln der momentanen Versorgungsspannung der jeweiligen Erregerspule 7 ausgebildet ist.
Die ermittelte Temperaturgröße wird über eine Signalleitung 13 sowie die ermittelte momentane Versorgungsspannung über eine Signalleitung 14 geführt und anschließend über eine gemeinsame Signalleitung 15 an die Ansteuereinheit 5 übermittelt.
Basierend auf den ermittelten Werten wird die Pulsbreite des von einem in Figur IC nicht näher dargestellten Pulsweitenmodulator erzeugten AnsteuerSignals angepasst. Dabei wird die Pulsbreite des Ansteuersignais bei einem erhöhten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem verringerten Wert der momentanen Temperatur verringert. Weiterhin wird die Pulsbreite des AnsteuerSignals bei einem verringerten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem erhöhten Wert der momentanen Temperatur vergrößert. Ein Verringern der Pulsbreite ist dabei gleichbedeutend mit einem Vergrößern eines Abstands zwischen den einzelnen Pulsen bzw. gleichbedeutend mit einem Verringern des Tastverhältnisses, wobei das Tastverhältnis als Verhältnis zwischen der Einschaltzeit und der Gesamtdauer des entsprechenden AnsteuerIntervalls definiert ist. Entsprechend ist eine Vergrößerung der Pulsbreite gleichbedeutend mit einer Verringerung des Abstands zwischen den einzelnen Pulsen bzw. einer Vergrößerung des Tastverhältnisses.
Das derart angepasste Ansteuersignal wird über die Steuerleitung 10 an die Erregerspule 7 angelegt. Wie weiterhin mit einer von der Erregerspule 7 zurückführenden Signalleitung 16 dargestellt ist, kann damit eine Regelung der Pulsbreite in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur sowie der momentanen Versorgungsspannung erfolgen.
Mittels der in den Figuren 1A bis IC gezeigten Ausführungsform kann eine möglichst hohe Energieeinsparung auch unter
Sicherheitsgesichtspunkten insbesondere im Hochvoltbereich eines Fahrzeugs durch Temperaturnachführung und Spannungsnachführung erfolgen. Die Energieeinsparung führt dabei in vorteilhafter Weise zu einem verringerten Ausstoß an Abgasen, insbesondere einem verringerten C02-Ausstoß, bzw. zu einem geringeren Energieverbrauch in Elektrofahrzeugen, womit die Reichweite der Elektrofahrzeuge in vorteilhafter Weise erhöht werden kann . Die Schaltvorrichtungen 4, beispielsweise in Form von Schützen, werden dabei nach einem Schaltvorgang, der typischerweise nach wenigen Millisekunden beendet ist, mit einer Pulsbreitenmodulation (PWM) beaufschlagt, um im Haltezustand die Leistung abzusenken. Die mit der Pulsbreitenmodulation auftretende Spannungsversorgungslücke ist dabei so klein bzw. so kurz zu halten, dass das ausgewählte Relais aufgrund seiner Trägheit nicht folgen kann und daher angezogen bleibt. Außerdem ist darauf zu achten, dass die fortdauernden Pulslücken nicht dazu führen, dass die Gesamtansteuerleistung soweit absinkt, dass nicht mehr genügend Haltekraft für das Relais verbleibt. Dann würde es nämlich wieder abfallen, also unerwünscht ausgeschaltet werden, was je nach damit verbundener Funktion zu unerwünschten Effekten führen könnte .
Dabei ist ein gewisser Kompromiss einzugehen, einerseits möglichst viel Ansteuerleistung einzusparen, andererseits jedoch die erforderliche Haltekraft nicht zu unterschreiten. Da dieser Kompromissbereich typischerweise aufgrund von Fertigungsstreuungen toleranzabhängig sowie zudem versorgungs- spannungsabhängig und temperaturabhängig ist, ist ein gewisser Sicherheitsabstand zu wählen, der dem Einspareffekt entgegenwirkt. Dieser PWM-Sicherheitsabstand kann mittels den Ausführungsformen der Anmeldung möglichst situationsbedingt eng bzw. gering eingestellt werden.
Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, dass bei Schützen, die typischerweise aus Kupferwicklungen aufgebaut sind, Kupfer einen je nach Temperatur unterschiedlichen Leitwert besitzt und damit die Ansteuerleistung von der Wicklungstemperatur abhängig ist.
Bedingt durch den spezifischen Leitwert von Kupfer und dessen Temperaturbeiwert ergibt sich, ausgehend von Raumtemperatur, für ein spezifisches Relais beispielsweise eine Schwankung des Wicklungswiderstands von -23% bzw. +40% über einen Temperaturbereich von -40°C bis +120°C.
Gemäß Ausführungsformen der Anmeldung, in denen beispielsweise die Kupferwicklungstemperatur eines Relais direkt oder indirekt bekannt ist oder errechnet werden kann, kann entsprechend die Pulsbreitenmodulation angepasst werden, womit der Tempera- tureinfluss nahezu eliminiert werden kann. Ebenso kann gemäß Ausführungsformen der Anmeldung mit der Versorgungs Spannung der Erregerwicklung eines Relais verfahren werden. Je höher diese ist, d.h. je mehr Leistung zur Verfügung steht, desto länger kann die Pulspause eingestellt werden, was zu einer Leistungsverminderung führt. Diese Spannungsnachführung kann entweder kontinuierlich mit der Spannungsänderung oder in Schritten erfolgen .
Sowohl Spannung als auch Temperatur können insbesondere entweder mittels eines AD-Wandlers in einem Mikrokontroller gemessen werden oder mittels intelligenter Hardware-VerSchaltung direkt auf den PWM-Generator für die Schaltkomponente einwirken.
Gemäß der in den Figuren 1A bis IC gezeigten Ausführungsform werden dabei beide Schütze bzw. beide Spulen eines Doppelschützes mit einer PWM-geregelten Ansteuerung versorgt. Dies ist typischerweise ohne signifikante Einschränkungen möglich, da beide Schütze in der gleichen Umgebung und Anwendung auch die fast identische Versorgungsspannung und Wicklungstemperatur besitzen, von Fertigungstoleranzen abgesehen.
Wird nicht direkt die Wicklungstemperatur der Schütze gemessen, beispielsweise da dies insbesondere bei Verwendung mehrere Komponenten aufwendig sein kann, kann mittels eines zentral in der Verteilereinheit befindlichen Temperaturmessers mittels eines Rechenmodells in einem MikroController, das unter anderem die Einschaltzeit als Rechenbasis verwendet, mit hinreichender Genauigkeit auf die Wicklungstemperatur geschlossen werden.
Weiterhin können die Ausführungsformen der Anmeldung auf Hochvolt-Relais, welche eine PWM-Sparabschaltung mit einer Pulsbreitenmodulation nach dem Schaltvorgang mit fester Pulsbreite ein- bzw . angebaut haben, angewendet werden . Dazu wird bevorzugt die elektrische PWM-Erzeugung für die Ansteuerung derart ausgelegt, dass auch solche Relais Verwendung finden können. Dafür sind eine Überbrückung der SparSchaltung und/oder eine Ausschaltkodierung, beispielsweise in Form von Drahtbrücken, vorgesehen, womit die Flexibilität ohne Layout-Änderungen gewährleistet werden kann. Weiterhin kann die in den Figuren 1A bis IC dargestellte An- steuereinheit 5 für einen so genannten Abfalltest eingesetzt werden. Dabei werden die Pausen des PWM-Signals solange beispielsweise kontinuierlich erhöht, bis der Magnetkreis des Relais nicht mehr gehalten werden kann und das Relais somit abfällt, also in den Ruhezustand zurückkehrt.
Dieses Abfallen wird von der Elektronik beispielsweise durch eine Strommessung erkannt. Der Punkt bzw. das Puls-/Pausenverhältnis und damit die Wicklungsversorgung, an dem das Relais abfällt, ist die für einen Betriebszustand, d.h. Temperatur, aktuelle Spannung und auch individuelle Wicklungstoleranz, minimal mögliche Einstellung. Von diesem Punkt aus kann mit mehr oder weniger Sicherheitsabstand und der bereits oben erläuterten Regelung in Form von Spannungs- und Temperaturnachführung gearbeitet werden.
Der beschriebene Abfalltest ist dabei typischerweise bei Schaltungen bzw. Verbrauchern vorgesehen, die einen kurzzeitigen Aus-Zustand tolerieren. Dabei stellt der Abfalltest eine Möglichkeit dar, das untere Ende des tatsächlichen Systems zu ermitteln. Weiterhin kann der Abfalltest gegebenenfalls zu einer Zeit oder einem Systemzustand durchgeführt werden, in dem das gesteuerte System nicht in einen ungewünschten Modus verfällt.
Mittels des beschriebenen Abfalltestes ist eine weitere Energieeinsparung im Betrieb des Bordnetzsystems möglich.
Figur 2 zeigt ein Tastverhältnis-Spannungs-Diagramm für eine Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung. Dabei ist auf der Abszisse die Versorgungsspannung der Erregerspule und auf der Ordinate das Tastverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen Einschaltzeit und Gesamtdauer des An- steuerSignals , in Prozent dargestellt.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, beinhaltet die Tastverhältnis-Spannungs-Kennlinie in dieser Ausführungsform drei jeweils lineare Teilbereiche, wobei für einen unteren Spannungsbereich bis zu einer unteren Spannungsschwelle Ui eine geringe, negative Steigung vorgesehen ist. In einem mittleren Spannungsbereich zwischen der unteren Spannungsschwelle Ui und einer oberen Spannungsschwelle U2 ist eine stärker fallende Kurve vorgesehen, die in einem oberen Spannungsbereich oberhalb der oberen Spannungsschwelle U2 wiederum in einen flach fallenden linearen Teilbereich übergeht.
In weiteren Ausgestaltungen können auch Kurven für die Tastverhältnis-Spannungs-Kennlinie eingestellt werden, die nicht-linear sind. Beispielsweise können sprunghafte Übergänge oder exponentielle Kurvenverläufe vorgesehen sein. Bezugszeichenliste
1 BordnetzSystem
2 Bordnetzzweig
3 Energiespeieher orrichtung
4 SchaltVorrichtung
5 Ansteuereinheit
6 Pulsweitenmodulator
7 Erregerspule
8 Ermittlungseinheit
9 Ermittlungseinheit
10 Steuerleitung
11 Verbraucher
12 Verteilereinheit
13 Signalleitung
14 Signalleitung
15 Signalleitung
16 Signalleitung

Claims

Patentansprüche
1. Bordnetzsystem aufweisend
- zumindest einen Bordnetz zweig (2),
- zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3),
- zumindest eine Schaltvorrichtung (4), wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen kann, wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) in der ersten Schaltstellung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig (2) elektrisch verbunden ist und wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) in der zweiten Schaltstellung von dem zumindest einen Bordnetz zweig (2) elektrisch getrennt ist,
- eine Ansteuereinheit (5) ausgebildet zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) mittels eines, von einem Pulsweitenmodulator (6) erzeugbaren Ansteuersignais, wobei eine Pulsbreite des Ansteuersignais in Abhängigkeit zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) und einer momentanen Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung (4), anpassbar ist.
2. Bordnetzsystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais und einem Schütz, und wobei die Ansteuereinheit (5) ausgebildet ist zum Ansteuern einer Erregerspule (7) der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) .
Bordnetzsystem nach Anspruch 2, zudem aufweisend eine erste Ermittlungseinheit (8) ausgebildet zum Ermitteln zumindest einer, eine momentane Temperatur der Erregerspule (7) der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) kennzeichnenden Größe .
Bordnetzsystem nach Anspruch 3, wobei die erste Ermittlungseinheit (8) einen Temperatursensor aufweist.
Bordnetzsystem nach Anspruch 3, wobei die erste Ermittlungseinheit (8) zum Ermitteln eines momentanen elektrischen Widerstands der Erregerspule (7) der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) ausgebildet ist.
Bordnetzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zudem aufweisend eine zweite Ermittlungseinheit (9) ausgebildet zum Ermitteln der momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) .
Bordnetzsystem nach Anspruch 6, wobei die zweite Ermittlungseinheit (9) zum Ermitteln einer momentanen Versorgungsspannung der Erregerspule (7) der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) ausgebildet ist.
Fahrzeug aufweisend ein Bordnetzsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzsystems (1), wobei das Bordnetzsystem (1) zumindest einen Bordnetzzweig (2), zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) und zumindest eine Schaltvorrichtung (4) aufweist, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen kann, wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) in der ersten Schaltstellung mit dem zumindest einen Bordnetzzweig (2) elektrisch verbunden ist und wobei die zumindest eine Energiespeichervorrichtung (3) in der zweiten Schaltstellung von dem zumindest einen Bordnetzzweig (2) elektrisch getrennt ist, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Erzeugen eines Ansteuersignais zum Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) mittels eines Pulsweitenmodulators (6),
- Ermitteln zumindest eines Parameters, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer momentanen Versorgungsspannung der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) und einer, eine momentane Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) kennzeichnenden Größe,
- Anpassen einer Pulsbreite des Ansteuersignais in Abhängigkeit des zumindest einen ermittelten Parameters.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Pulsbreite des An- steuerSignals bei einem erhöhten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem verringerten Wert der momentanen Temperatur verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die Pulsbreite des Ansteuersignais bei einem verringerten Wert der momentanen Versorgungsspannung und/oder bei einem erhöhten Wert der momentanen Temperatur vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais und einem Schütz, und wobei das Anpassen der Pulsbreite nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach einem Ansteuersignal für ein Anziehen der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Relais und einem Schütz, und wobei zudem ermittelt wird, ob ein Anziehen der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) erfolgt ist und wobei das Anpassen der Pulsbreite erfolgt, falls ein erfolgtes Anziehen der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) er- mittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei das Ermitteln eines, eine momentane Temperatur der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) kennzeichnenden Parameters ein Ermitteln eines momentanen elektrischen Widerstands einer Erregerspule (7) der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) beinhaltet .
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei, falls die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) angezogen ist, das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist:
- Verringern der Pulsbreite des Ansteuersignais,
- Ermitteln, ob die zumindest eine Schaltvorrichtung (4) abgefallen ist,
- falls ermittelt wird, dass die zumindest eine
Schaltvorrichtung (4) nicht abgefallen ist, Ansteuern der zumindest einen Schaltvorrichtung (4) mittels eines, die verringerte Pulsbreite aufweisenden Ansteuersig- nals .
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