WO2006034759A1 - Energiemanagement mit verbraucheranmeldung - Google Patents

Energiemanagement mit verbraucheranmeldung Download PDF

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WO2006034759A1
WO2006034759A1 PCT/EP2005/009160 EP2005009160W WO2006034759A1 WO 2006034759 A1 WO2006034759 A1 WO 2006034759A1 EP 2005009160 W EP2005009160 W EP 2005009160W WO 2006034759 A1 WO2006034759 A1 WO 2006034759A1
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energy management
consumers
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power management
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Konstantin Demidov
Bernd Heintel
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Daimlerchrysler Ag
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    • 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
    • B60R16/023—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 transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14—Balancing the load in a network

Definitions

  • Such energy management for motor vehicles is known for example from the German patent application DE 198 29 150 Al.
  • the power generated by the on-board power generator distributes power to the consumers connected in the electrical system.
  • the power regulation of the electrical system generator is carried out with a generator manager and the power distribution to the consumer is done with a board network manager.
  • Generator manager and wiring system manager and the connected in the electrical system Verbrau.ch.er are in communication with each other.
  • the onboard network manager compares the power requirements of the electrical consumers with the potential of the power output of the On-board generator and sets in compliance with the requirements.
  • the individual consumer a strategy for power generation and power distribution.
  • the power is distributed according to fixed and fixed priorities in energy management and. with fixed and also i_m energy management implemented quotas of power, which are assigned to the individual consumers in the electrical system.
  • the solution succeeds mainly with an energy management with consumer registration.
  • the required for the energy management variant independence can be achieved that the consumers involved in energy management are not static in energy management or in the onboard power supply control unit specified. Instead, the controllers of the consumers located in the electrical system send a notification message to the energy management during startup of the electrical system.
  • consumers shall be in the form of an identifier, which also represents the priority level of the consumer, as well as itire electrical power consumption.
  • the receipt of this consumer application can then be acknowledged by the energy management by a confirmation message. Since in the case of cross-ECU functions melirere consumers can be addressed by a function, all associated consumers of this function must receive a single identifier that represents the priority of the function.
  • the energy management system cyclically sends messages to all control units, with which the status of the energy management and the status of the individual consumers in the network can be communicated to all connected units. lt becomes. Furthermore, instructions of the Energy Manager can also eg deactivation requests are communicated to all connected units. The control units involved in the energy management can thereby recognize whether the energy management is active. The correct execution of the energy management, preferably on the on-board control unit, can additionally be ensured by means of a so-called toggle bit, that is to say a bit in the message, which changes its state with each message.
  • the cycle time of the energy management messages should be as large as possible in order to keep the utilization of the communication medium low. Taking into account the latency times, the maximum cycle time can be derived from the requirements on the emergency running properties with reference to the response time of the energy management to an onboard electrical system overload. Depending on the communication structure used, therefore, the cycle time and bandwidth of the communication medium must be chosen differently.
  • One possible topology for the communication network of consumers involved in energy management is the star topology with spontaneous state transmission of the consumers to the energy management.
  • Another topology that can be used in the energy management according to the invention is the star topology with handshake protocol.
  • a preferred topology for the energy management according to the invention is the use of a logical ring for networking the consumers involved in energy management.
  • the consumer application can contain, in addition to the consumer identification and the consumer service, further information about the consumer.
  • important information are any time constants of the consumer who provide information about the startup behavior of each electrical consumer, or information on the so-called peak level, the maximum overshoot of the power consumption of the electrical load at a start.
  • FIG. 1 A typical electrical system of a
  • FIG. 2 shows an example of the data format of a
  • Fig. 3 shows a star topology of the communication network with spontaneous state transmission of the
  • Fig. 4 shows a star topology for the communication network with hand shake
  • Fig. 5 is a logical ring topology of am
  • Figure 1 shows schematically an electrical system in a motor vehicle, as it is suitable for the use of an energy management system.
  • a vehicle electrical system generator 1 and a vehicle electrical system battery 2 is for electrical loads Vl, V2, V3, ..., VN, VN + 1, VN + 2 electrical energy provided.
  • the electrical system generator is usually driven during operation of the motor vehicle by the internal combustion engine 3 of the motor vehicle.
  • the electrical consumers take their power from the electrical system via supply lines 4.
  • a power regulation 5 can be integrated.
  • a control unit for charge balance calculation 6 may be provided for the electrical system battery.
  • the control of the electrical loads via control units SGL, SG2, SG3, ..., SGN.
  • the power regulation of the electrical system generator and the charge balance computer of the motor vehicle battery as well as the individual control devices for controlling the consumers are connected via a communication system with a vehicle electrical system control unit.
  • a possible representative of the communication system in this case is the so-called CAN-BUS 7.
  • the software modules of the energy management system are preferably implemented in the microcomputer of the onboard supply control unit 8.
  • the energy management can be designed centrally with regard to its software structure or have a decentralized module structure which can also be distributed over several control devices.
  • the task of energy management is the control and monitoring of the states of the electrical consumers or functions in the vehicle involved in energy management. If necessary, consumers may be temporarily deactivated by the energy management in the event of a shortage of electrical energy. To the expiration of functional degradation, that is the deactivation of To control consumers, all controllers and functions involved in energy management must have a clear priority level. Based on the prioritization, the degraded system state can then be determined by the energy management based on the current system state. The necessary data exchange between the ECUs involved in the energy management takes place, as already stated, via a BUS system, preferably via a CAN bus.
  • Variant independence can be achieved by the fact that the consumers involved in energy management are not statically predetermined in the energy management. Instead, when the network starts up, the control units send log-on messages to the energy management system via the BUS system.
  • the consumers in the form of an identifier, which also represents the priority level of the consumer, and their electrical butter ⁇ recording included.
  • the information on power consumption can be the maximum rated power of the consumer, but also further information regarding startup behavior of the corresponding consumer and with regard to overshoot behavior at the start of the consumer, the so-called peak level, can be transmitted to the energy management with the consumer application.
  • all associated consumers must receive a unique identifier for the function, which determines the priority of the function.
  • FIG. 2 shows the structure of a consumer application for the energy management according to the invention. Basically, this consumer registration with any BUS system will be realized. The compatibility with other BUS systems than, for example, the CAN bus, results from the fact that the consumer application is realized with the user data of each BUS system. The addressing fields and control fields of the BUS system used remain unaffected by the consumer application.
  • K2 provide a two-byte encoding. For example, 5 bits may be used for the consumer identifier V_ID and 11 bits for the classification of the electrical power demand. If further performance data such as time constants for the startup behavior of the consumer or information on the peak level of the consumer to be transferred with the consumer application, the consumer coding can be extended by extending the coding by more bits or bytes with the above information.
  • Status messages of the energy management are sent cyclically via the BUS. These cyclic messages are received by all controllers.
  • the sending of the status messages of the control units back to the energy management in the onboard supply control unit has a spontaneous character, that is, the energy management has no influence on the time of sending the state changes.
  • this topology is easy to implement, it has certain disadvantages. Due to the fact that the status messages are reported only after a successful change of state from the control unit to the energy management, a monitoring of the control units and consumers is hindered by the energy management. For example, a long phase without changing the state of one of the consumers can not be distinguished from the failure of the consumer or the control unit.
  • a preferred communication concept in connection with the energy management according to the invention is the so-called logical ring.
  • the concept of a logical ring is illustrated by the graphical representation of FIG.
  • One way to introduce a logical ring, for example, is to set up a token loop from one controller participating in the power management to the next.
  • Each (control unit having the token 9 is entitled to transmit.)
  • the token is then passed to the logical successor in the ring, each controller having to receive the ring messages from all the other controllers to monitor and system state
  • the ring message is received by the energy management system, preferably implemented in the on-board control unit, and evaluated by the data collected, the circulation of the token being controlled by a delay time that elapses between the transmission of two ring messages Delay time can be in emergency 1 on iti ⁇ ationen the reaction time of the energy management can be shortened at the expense of a higher BUS utilization.
  • the logical ring is dynamically built in the initialization phase during power up of the network, each controller receiving its logical address and the logical address of the predecessors and followers in the ring. Additional ECUs can also be integrated into the ring at a later date. If a control unit fails, this usually leads to the loss of the token. However, this is detected by the other controllers and the power management can cause a rebuilding of the logical ring.
  • any participating in the energy management control unit can take over the function of a vehicle electrical system control unit. This means in particular with a distributed software architecture of the energy management a kind of natural redundancy of the energy management is present, so that in case of failure no matter which control device, by reinitialization the energy management always remains functional.
  • energy management consumers can be grouped into multiple partitions or multiple logical rings. In the entire network of energy management then run several different tokens, one per ring to.
  • the consumers are distributed to the individual rings.
  • a logical ring is first set up. Consumers who sign up with a consumer log in, are integrated into the logical ring until a statically defined maximum number of rings is reached. The next consumer then begins to build another logical ring. The process is continued until all consumers have registered by means of consumer registration for energy management.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiemanagement mit Verbraucheranmeldung. Die für das Energiemanagement geforderte Variantenunabhängigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die am Energiemanagement beteiligten Verbraucher nicht statisch im Energiemanagement beziehungsweise im Bordnetzsteuergerät vorgegeben sind. Statt dessen senden die Steuergeräte der im Bordnetz befindlichen Verbraucher beim Hochlauf des Bordnetzes eine Anmeldenachricht an das Energiemanagement. In dieser Verbraucheranmeldung sind die Verbraucher in Form eines Identifiers, der gleichzeitig die Prioritätsstufe des Verbrauchers darstellt, sowie ihre elektrische Leistungsaufnahme enthalten. Der Empfang dieser Verbraucheranmeldung kann anschliessend vom Energiemanagement durch eine Bestätigungsnachricht quittiert werden. Da im Falle von steuergeräteübergreifenden Funktionen mehrere Verbraucher durch eine Funktion angesprochen werden können, müssen alle zugehörigen Verbraucher dieser Funktion einen einheitlichen Identifier erhalten, der die Priorität der Funktion repräsentiert.

Description

Energiemanagement mit Verbrau.cheranmeldu.ng
Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der elektrischen Energieversorgung im Fahrzeug zu erhöhen werden Energiemanagementsysteine eingesetzt. Hierbei ist das vorrangige Ziel der bedarfsgerechten Energieerzeugung die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Für das Energiemanagement wurden bisher weitgehend Lösungen vorgeschlagen, bei denen die vorhandene Leistung auf die im Bordnetz vorhandenen Verbraucher mit mehr oder weniger hierarchischen Struktur-en verteilt wird.
Ein derartiges Energiemanagement für Kraftfahrzeuge ist zum Beispiel aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 198 29 150 Al bekannt. Hier wird mit einem hierarchisch aufgebauten Energiemanagement, dessen Software nach Funktionen strukturiert ist, die vom Bordnetzgenerator erzeuge Leistung auf die im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher verteilt. Die Leistungsregulierung des Bordnetzgenerators erfolgt dabei mit einem Generatormanager und die Leistungsverteilung auf die Verbraucher erfolgt mit einem Bordnetzmanager. Generatormanager und Bordnetzmanager sowie die im Bordnetz angeschlossenen Verbrau.ch.er stehen untereinander in einer Kommunikationsverbindung. Der Bordnetzmanager vergleicht hierbei die Leistungsarαforderungen der elektrischen Verbraucher mit dem Potential der Leistungserzeugiang des Bordnetzgenerators und legt unter Beachtung der Anforderungen. der einzelnen Verbraucher eine Strategie für die Leistungserzeugung und Leistungsverteilung fest. Die Leistungsverteilung erfolgt hierbei nach fest vorgegebenen und im Energiemanagement fest implementierten Prioritäten und. mit fest vorgegebenen und ebenfalls i_m Energiemanagement implementierten Kontingenten an Leistung, die den einzelnen Verbrauchern im Bordnetz zugeordnet sind.
Bei Energiemanagementsystemen der vorgenannten Art müssen bei der Programmierung der verschiedenen Softwaremodule die Festlegungen hinsichtlich Priorität und Leistungskontingente anhand der tatsächlich im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher getroffen werden. Dies führt dazu, dass für jede Ausstattungsvariante eines Kraftfahrzeugs, die sich in Anzahl und Art der elektrischen Verbraucher im Bordnetz voneinander unterscheiden, ein spezielles Energiemanagementsystem programmiert werden muss. Das gleiche Problem der Neuprogrammierung des Energiemanagementsystems tritt auf, wenn zusätzliche Verbraucher in das elektrische Bordnetz nachträglich eingebaut werden sollen, oder wenn im Laufe der Modellpflege eines Fahrzeugs Verbraucher durch bessere Verbraucher ersetzt werden. Eine Vari-antenunabhängigkeit des Energiemanagementsystems ist bei bekannten Systemen daher nuαr sehr eingeschränkt gegeben. Bekannte Systeme erlauben lediglich den Austausch elektrisch und elektronisch gleichwertiger Verbraucher.
Es ist deswegen das Ziel dieser Erfindung, die Variantenabhängigkeit von Energiemanagementsystem in Kraftfahrzeugen gegenüber Änderungen im elektrischen Bordnetz zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Energiemanagement gemäß dem unabhängigen Anspruch. Weitere vorteilhafte Ausführungen des Energiemanagements sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung offenbart.
Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einem Energiemsnagement mit Verbraucheranmeldung. Die für das Energiemanagement geforderte Variantenunabhängigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die am Energiemanagement beteiligten Verbraucher nicht statisch im Energiemanagement beziehungsweise im Bordnetzsteuergerät vorgegeben sind. Statt dessen senden die Steuergeräte der im Bordnetz befindlichen Verbraucher beim Hochlauf des Bordnetzes eine Anmeldenachricht an das Energiemanagement. In dieser Verbraucheranmeldung szLnd die Verbraucher in Form eines Identifiers, der gleichzeitig die Prioritätsstufe des Verbrauchers darstellt, sowie itire elektrische Leistungsaufnahme enthalten. Der Empfang dieser Verbraucheranmeldung kann anschließend vom Energiemanagement durch eine Bestätigungsnachricht quittiert werden. Da im Falle von Steuergeräte-übergreifenden Funktionen melirere Verbraucher durch eine Funktion angesprochen werden können, müssen alle zugehörigen Verbraucher dieser Funktion einen einheitlichen Identifier erhalten, der die Priorität der Funktion repräsentiert. Dieser Identifier muss dann allerdings für alle in den unterschiedlichen Varianten möglichen Funktionalitäten eindeutig sein. Nach dem Hochfahren des Bordnetzes und nach dem sich alle am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte beim Energiemanagement mit ihrer Verbraucheranmeldung gemeldet haben, versendet das Energiemanagement zyklisch an alle Steuergeräte Nachrichten, mit denen der Status des Energiemanagements und der Status der einzelnen Verbraucher im Netzwerk allen angeschlossenen Einheiten mitgetezi.lt wird. Weiterhin können auch Anweisungen des Energiemanagernents wie z.B. Deaktivierungsaufforderungen allen angeschlossenen Einheiten mitgeteilt werden. Die am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte können dadurch erkennen, ob das Energiemanagement aktiv ist. Die korrekte Ausführung des Energiemanagements vorzugsweise auf dem Bordnetzsteuergeirät kann zusätzlich mit Hilfe eines so genannten Toggle-Bits abgesichert werden, das heißt ein Bit in der Nachricht, d.as bei jeder Nachricht seinen Zustand ändert.
Die Zykluszeit der Energiemanagementnachrichten sollte möglichst groß gewählt werden, um die Auslastung des Kommunikationsmediums gering zu halten. Die maximale Zykluszeit lässt sich unter Berücksichtigung der Latenzze iten aus den Anforderungen an die Notlaufeigenschaften bezügli ch der Reaktionszeit des Energiemanagements auf eine Bordnetzüberlastung ableiten. Je nach verwendeter Kommunikationsstruktur müssen daher Zykluszeit und Bandbreite des Kommunikationsmediums unterschiedlich gewählt werden.
Eine mögliche Topologie für das Kommunikationsnetzwerk deir am Energiemanagement beteiligten Verbraucher ist die Sterntopologie mit spontaner Zustandsübermittlung der Verbraucher an das Energiemanagement.
Eine andere Topologie, die bei dem erfindungsgemäßem Energiemanagement Verwendung finden kann, ist die Sterntopologie mit Hand-Shake-Protokol1.
Eine bevorzugte Topologie für das erfindungsgemäße Energiemanagement stellt die Verwendung eines logischen Ringes zur Vernetzung der am Energiemanagement beteiligtezn Verbraucher dar. Die Verbraucheranmeldung kann in einer speziellen Ausführungsform des Energiemanagements neben der Verbraucheridentifikation und der Verbraucherleistung weitere Angaben über den Verbraucher enthalten. Für das Energiemanagement wichtige Informationen sind hierbei eventuelle Zeitkonstanten des Verbrauchers, die Auskunft darüber geben, über das Anlaufverhalten des jeweiligen elektrischen Verbrauchers, oder Angaben zum so genannten Peak-Level, das maximale Überschwingen der Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers bei einem Start.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden im folgenden Einzelheiten der Erfindung anhand von grafischen Darstellungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ein typisches elektrisches Bordnetz eines
Kraftfahrzeuges, wie es für das erfindungsgemäß
Energiemanagement geeignet ist, Fig. 2 ein Beispiel für das Datenformat einer
Verbraucheranmeldung, Fig. 3 eine Sterntopologie des Kommunikationsnetzwerkes mit spontaner Zustandsübermittlung der
Verbraucherzustände an das Bordnetzsteuergerät, Fig. 4 eine Sterntopologie für das Kommunikationsnetzwerk mit Hand-Shake, Fig. 5 eine logische Ringtopologie der am
Energiemanagement beteiligten Verbraucher.
Figur 1 zeigt schematisch ein elektrisches Bordnetz in einem Kraftfahrzeug, wie es für den Einsatz eines Energiemanagementsystems geeignet ist. Mit einem Bordnetzgenerator 1 und einer Bordnetzbatterie 2 wird für elektrische Verbraucher Vl, V2, V3, ... , VN, VN+1, VN+2 elektrische Energie zur Verfügung gestellt. Der Bordnetzgenerator wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs üblicherweise vom Verbrennungsmotor 3 des Kraftfahrzeugs angetrieben. Die elektrischen Verbraucher entnehmen Ihren Leistungsbedarf aus dem elektrischen Bordnetz über Versorgungsleitungen 4. Im Bordnetzgenerator kann eine Leistungregulierung 5 integriert sein. Ebenso kann für die Bordnetzbatterie ein Steuergerät zur Ladebilanzrechnung 6 vorgesehen sein. Die Ansteuerung der elektrischen Verbraucher erfolgt über Steuergeräte SGl, SG2, SG3, ..., SGN. Die Leistungsregulierung des Bordnetzgenerators und der Ladebilanzrechner der Kraftfahrzeugbatterie so wie die einzelnen Steuergeräte zur Ansteuerung der Verbraucher sind über ein KommunikationsSystem mit einem Bordnetzsteuergerät verbunden. Ein möglicher Vertreter des Kommunikationssystems ist hierbei der so genannte CAN-BUS 7. Die Softwaremodule des Energiemanagementsystems sind vorzugsweise im Mikrorechner des Bordnetzsteuergerätes 8 implementiert. Das Energiemanagement kann hinsichtlich seiner Softwarestruktur zentral ausgebildet sein oder über eine dezentrale Modulstruktur verfügen, die auch über mehrere Steuergeräte verteilt sein kann. Im besonderen ist es möglich, das Bordnetzsteuergerät bei dessen eventuellen Ausfall durch mindestens ein anderes Steuergerät, das an das BUS-System angeschlossen ist, und ebenfalls über eine Mikrorechnersystem verfügt, zu ersetzen.
Die Aufgabe des Energiemanagements ist die Steuerung und Überwachung der Zustände der am Energiemanagement beteiligten elektrischen Verbraucher beziehungsweise Funktionen im Fahrzeug. Die Verbraucher können gegebenenfalls bei einer Verknappung des elektrischen Energieangebots temporär vom Energiemanagement deaktiviert werden. Um den Ablauf der Funktionsdegradierung, das heißt die Deaktivierung von Verbrauchern, zu steuern, müssen alle am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte und Funktionen eine eindeutige Prioritätsstufe besitzen. Auf Basis der Priorisierung kann dann, ausgehend vom aktuellen Systemzustand der degradierte Systemzustand durch das Energiemanagement bestimmt werden. Der hierzu notwendige Datenaustausch zwischen den am Energiemanagement beteiligten Steuergeräten erfolgt wie bereits angeführt, über ein BUS-System, vorzugsweiswe über einen CAN-Bus.
Die für das Energiemanagement geforderte
Variantenunabhängigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die am Energiemanagement beteiligten Verbraucher nicht statisch im Energiemanagement vorgegeben sind. Statt dessen senden die Steuergeräte beim Hochlauf des Netzwerkes über das BUS-System Anmeldenachrichten an das Energiemanagement. In dieser Verbraucheranmeldung sind die Verbraucher in Form eines Identifiers, der gleichzeitig die Prioritätsstufe des Verbrauchers darstellt, sowie ihre elektrische Leistungs¬ aufnahme enthalten. Die Angaben zur Leistungsaufnahme können hierbei die maximale Nennleistung des Verbrauchers sein, aber auch weitergehende Angaben hinsichtlich Anlaufverhalten des entsprechenden Verbrauchers und hinsichtlich Überschwingverhalten im Anlauf des Verbrauchers, den so genannten Peak-Level, können mit der Verbraucheranmeldung an das Energiemanagement übermittelt werden. Im Falle von Steuergeräte-übergreifenden Funktionalitäten mehrerer Verbraucher müssen alle zugehörigen Verbraucher einen für die Funktion einheitlichen Identifier erhalten, der die Priorität der Funktion festlegt.
In Figur 2 ist der Aufbau einer Verbraucheranmeldung für das erfindungsgemäße Energiemanagement dargestellt. Grundsätzlich kann diese Verbraucheranmeldung mit jedem BUS-System realisiert werden. Die Kompatibilität mit anderen BUS- Systemen als beispielsweise dem CAN-Bus, ergibt sich dadurch, dass die Verbraucheranmeldung mit den Nutzdaten eines jeden BUS-Systems realisiert wird. Die Adressierungsfelder und Kontrollfelder des verwendeten BUS-Systems bleiben von der Verbraucheranmeldung unberührt .
Im einfachsten Fall, wenn mit der Verbraucheranmeldung nur ein Verbraucheridentifier sowie der elektrische Leistungsbedarf des Verbrauchers an das Energiemanagement gemeldet werden soll, genügt es für jeden Verbraucher Kl, K2 eine zwei Byte-Codierung vorzusehen. Zum Beispiel können 5 Bit für den Verbraucheridentifier V_ID verwendet werden und 11 Bit für die Klassifizierung des elektrischen Leistungsbedarf. Sollen weitere Leistungsdaten wie Zeitkonstanten für das Anlaufverhalten des Verbrauchers oder Angaben zum Peak-Level des Verbrauchers mit der Verbraucheranmeldung mit übertragen werden, so kann die Verbrauchercodierung durch Ausweitung der Codierung um weitere Bits oder Bytes mit den vorgenannten Angaben erweitert werden.
Was das Kommunikationssystem beziehungsweise das BUS-System für das Energiemanagement angeht, kommen verschiedene Topologien in Betracht. Im Zusammenhang mit den Figuren 3, 4 und 5 werden eine Sterntopologie mit spontaner Zustandsübermittlung, eine Sterntopologie mit Hand-Shake- Protokoll und die Topologie eines logischen Ringes behandelt.
Bei der Sterntopologie mit spontaner Zustandsübermittlung, symbolisch dargestellt in Figur 3, werden die Informationen über die Verbraucherzustände von den Steuergeräten nur nach einer erfolgten ZuStandsanderung der angeschlossenen Verbraucher versendet. Das Senden der Zustandsänderung ist in Figur 3 mit einem unterbrochenen Pfeil vom Steuergerät zum Bordnetzsteuergerät dargestellt. Das Energiemanagement ist mit seinen wichtigsten Modulen im Bordnetzsteuergerät BSG implementiert. Zustandsnachrichten des Energiemanagements werden an die am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte in regelmäßigen Abständen versandt. Das Versenden der Zustandsmeldungen an die Steuergeräte ist in Figur 3 mit einem durchgezogenen Pfeil symbolisiert. Die
Zustandsmeldungen des Energiemanagements werden hierbei über den BUS zyklisch versendet. Diese zyklischen Nachrichten werden von allen Steuergeräten empfangen. Das Senden der Zustandsnachrichten der Steuergeräte zurück an das Energiemanagement im Bordnetzsteuergerät hat jedoch spontanen Charakter, das heißt, das Energiemanagement hat auf den Zeitpunkt des Versendens der Zustandsänderungen keinen Einfluss. Diese Topologie ist zwar einfach zu realisieren, hat jedoch bestimmte Nachteile. Aufgrund der Tatsache, dass die Zustandsnachrichten nur nach einer erfolgten Zustandsänderung vom Steuergerät an das Energiemanagement gemeldet werden, ist eine Überwachung der Steuergeräte und Verbraucher durch das Energiemanagement behindert. So kann beispielsweise eine lange Phase ohne Zustandsänderung eines der Verbraucher nicht vom Ausfall des Verbrauchers oder des Steuergerätes unterschieden werden.
Eine verbesserte Überwachung der am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte durch das Energiemanagement ist bei der Verwendung einer Kommunikationsstruktur mit Hand¬ shake-Protokoll möglich. Beim Hand-Shake-Protokoll, symbolisiert durch die grafische Darstellung der Figur 4, quittieren die am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte jede Nachricht des Energiemanagements, das auch hier im Bordnetzsteuergerät BSG implementiert sei, mit einer Rücknachricht, die die aktuellen Zustandsinformationen der j eweiligen Verbraucher enthält . Die zyklisch versendeten Nachrichten des Energiemanagements lösen dabei bei dem j eweils angesprochenen Steuergerät eine Reaktion aus . Das Energiemanagement bestimmt somit den Ablauf der Klommunikation . Die zyklischen Nachrichten des Energiemanagements werden mit einer bestimmten Zykluszeit versendet . Dieses Telegramm wird von allen Steuergeräten empfangen. Die Quitt ierungsnachrichten der Steuergeräte werden daraufhin entsprechend ihrer Priorität über den BUS versendet und vom Energiemanagement empfangen . Beim Hand¬ shake-Protokoll ist eine Überwachung der Steuergeräte und Verbraucher durch das Energiemanagement relativ einfach möglich, da ausbleibende Quittierungsnachrichten vom Energiemanagement sofort erkannt werden können .
Ein im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiemanagement bevorzugtes Kommunikationskonzept ist der so genannte logische Ring . Das Konzept eines logischen Ringes wird mit der grafischen Darstellung der Figur 5 verdeutlicht . Eine Möglichkeit einen logischen Ring einzuführen ist zum Beispiel , einen Token-Umlauf von einem am Energiemanagement teilnehmenden Steuergerät zum nächsten einzurichten. Jeweils (dasj enige Steuergerät , das den Token 9 hat , ist sendeberechtigt . Mit dem Versenden einer Nachricht winrd der Token dann an den logischen Nachfolger im Ring weitergegeben . Jedes Steuergerät muss dabei die Ringnachrichten alleir anderen Steuergeräte empfangen, um diese zu überwachen und dien Systemzustand zu kennen. Zusätzlich wird die Ringnachricht vom Energiemanagement , vorzugsweise im Bordnetzsteuergerät implementiert , empfangen und von «diesem cäie gesammelten Daten ausgewertet . Der Umlauf des Tok<ens wird hierbei durch eine Verzögerungszeit gesteuert , die zwischen dem Versenden zweier Ringnachrichten vergeht . Durch eine Verkürzung dieser Verzögerungszeit kann in Not 1 aufs itiαationen die Reaktionszeit des Energiemanagements auf Kosten einer höheren BUS-Auslastung verkürzt werden.
Der logische Ring wird in der Initialisierungsphase während des Hochlaufs des Netzwerks dynamisch aufgebaut, wobei jedes Steuergerät seine logische Adresse und die logischen Adresse der Vorgänger und Nachfolger im Ring erhält. Zusätzliche Steuergeräte können aber auch zu einem späteren Zeitpunkt in den Ring integriert werden. Fällt ein Steuergerät aus, so führt das in der Regel zum Verlust des Tokens. Dies wird jedoch, durch die anderen Steuergeräte erkannt und das Energiemanagement kann einen Neuaufbau des logischen Rings veranlassen. Bei dem Konzept des logischen Ringes kann im Prinzip jedes am Energiemanagement teilnehmende Steuergerät die Funktion eines Bordnetzsteuergerätes übernehmen. Das heißt insbesondere bei einer verteilten Software-Architektur des Energiemanagements ist eine Art natürlicher Redundanz des Energiemanagements vorhanden, so dass bei Ausfall egal welchen Steuergeräts, durch Neuinitialisierung das Energiemanagement stets funktionstüchtig bleibt.
Um die Umlaufzeit des Tokens nicht zu groß werden zu lassen, muss die Anzahl der innerhalb eines logischen Rings integrierten Verbraucher am Energiemanagement in Abhängigkeit einer tolerierbaren Zykluszeit begrenzt werden. Um die Reaktionszeiten des Energiemanagements zu verkürzen, können die Verbraucher am Energiemanagement jedoch in mehrere Partitionen beziehungsweise in mehrere logische Ringe gruppiert werden. Im gesamten Netzwerk des Energiemanagements laufen dann mehrere voneinander unterschiedene Token, jeweils einen pro Ring, um. Während der Initialisierungsphase des Systems werden die Verbraucher auf die einzelnen Ringe verteilt. Hierbei wird zunächst ein logischer Ring aufgebaut. Verbraucher, die sich mit einer Verbraucheranmeldung anmelden, werden so lange in den logischen Ring integriert, bis eine statisch festgelegte maximale Teilnehmerzahl des Rings erreicht ist. Der nächste Verbraucher beginnt anschließend mit dem Aufbau eines weiteren logischen Rings. Der Vor-gang wird so lange fortgesetzt, bis sich alle Verbraucher mittels Verbraucheranmeldung beim Energiemanagement angemeldet haben.

Claims

Patentansprüche
1. Erzeugnis zur Energieverteilung im elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei im Bordnetz von Steuergeräten angesteuerte Verbraucher von einer Energieversorgung mit Energie versorgt werden, und die Energieverteilung von einem in mindestens einem Steuergerät des Bordnetzes softwaremäßig implementierten Energiemanagement gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher über eine Kommunikationsstruktur mitexnander und mit dem Energiemanagement in Kommunikationsverbindung sind und bei der Initialisierung des Bordnetzes an das Energiemanagement eine Verbraucheranmeldung senden.
2. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucheranmeldung einen Identifier als Kennung für den Verbraucher und Leistungsangaben über den Verbraucher enthält.
3. Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsangaben Angaben zur Nennleistung des Verbrauchers, zum Peak-Level des Verbrauchers oder Zeitkonstanten zum Anlaufverhalten des Verbrauchers enthalten.
4. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, dass d±e Kommunikationsstruktur auf der Basis einer Sterntopologie aufgebaut ist.
5. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsstruktur auf cler Basis einer Sterntopologie mit Hand-Shake aufgebaut ist.
6. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, dass die Kommunikationsstruktur auf cler Basis einer logischen Ringtopologie aufgebaut ist.
7. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagement zentral in einem Steuergerät implementiert ist.
8. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagement in verteiLter Software- Architektur auf mehrere Steuergeräte verteilt implementiert ist.
9. Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifier des Verbrauchers gleichzeitig dessen Priorität angibt.
PCT/EP2005/009160 2004-08-31 2005-08-25 Energiemanagement mit verbraucheranmeldung WO2006034759A1 (de)

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