2004P14961 - Auslandsfassung
Beschreibung
Energiemanagementsystem und ein Verfahren hierfür
Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem und ein Verfah¬ ren hierfür, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit verschiedenen Stromverbrauchern, wobei das System und das Verfahren ein mehrstu¬ figes Abschalten dieser Stromverbraucher erlauben.
Nach dem Abstellen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wird das Kraftfahrzeug normalerweise nur durch seinen Akkumulator (im Folgenden auch als Batterie bezeichnet) mit elektrischer Ener¬ gie versorgt. Der nach einigen Stunden, Tagen oder Wochen noch verbleibende Ladezustand der Batterie muss zumindest noch zum Starten des Verbrennungsmotors ausreichen. Hierzu muss der
Verbrauch an elektrischer Energie nach dem Abstellen des Fahrzeugs auf ein Minimum reduziert werden, ohne Funktionen, wie etwa Innen¬ raumbeleuchtung, Standlicht, etc. pauschal in ihrer Leistungsauf¬ nahme zu reduzieren.
Eine herkömmliche Lösung des oben genannten Problems liegt darin, die Benutzbarkeit einer Vielzahl von Komfortfunktionen entweder zeitlich zu limitieren oder durch dauerhafte Trennung von der Bat¬ terie ganz zu verhindern. Ähnliches gilt für die diese Funktionen kontrollierenden Steuergeräte. Da diese Steuergeräte jedoch perma¬ nent in Bereitschaft sind, verbrauchen diese Steuergeräte auch Strom, ohne dass eine Funktion tatsächlich ausgeführt wird.
Eine andere bereits bekannte Möglichkeit liegt darin, Steuergeräte zu verwenden, die nicht dauerhaft mit Energie versorgt werden. Erst nach einem Weckkommando von außen werden beispielsweise ein Prozessor oder zusätzliche Leistungstreiber mit Energie versorgt. In der Praxis kommt es jedoch häufig vor, dass die Steuergeräte fälschlicherweise Wecksignale empfangen (Fehler in Hard- oder Software, nicht spezifizierte Ausnahmesituationen, etc.) oder dass ein Fehler in Hard- oder Software eine Abschaltung der Energiever-
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sorgung verhindert. In einer derartigen Situation kann der Strom¬ verbrauch hoch sein, eine Abschaltung unter Umständen aber nicht möglich sein, da der Fehler zu diesem Zeitpunkt nicht diagnosti¬ zierbar ist.
Bekannt ist auch die Möglichkeit, Steuergeräte oder Teilbordnetze in Abhängigkeit vom Batteriezustand abzuschalten. Beispielsweise werden bei einem gegebenen Batteriezustand Funktionen mit niedri¬ ger Priorität eher als solche mit hoher Priorität abgeschaltet. Dies setzt allerdings voraus, dass die Steuergeräte diese Signale zum Abschalten bestimmter Funktionen auch tatsächlich erhalten.
Die DE 199 52 112 offenbart die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 6.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Systems, das sicher¬ stellt, dass bestimmte Funktionen eines Steuergeräts trotz eines Hardware- oder Softwarefehlers des Steuergeräts abgeschaltet wer¬ den können, sowie eines Verfahrens hierfür.
Die Lösung der gestellten Aufgabe in Bezug auf das System ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Die Lösung der gestellten Aufgabe in Bezug auf das Verfahren ist dem Patentanspruch 6 zu entnehmen.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterentwicklungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung enthält das Energiemanagementsystem eine Bat- terie, die ein Steuergerät speist. Eine Batteriemonitorvorrichtung ist mit der Batterie gekoppelt, um einen Ladezustand der Batterie zu ermitteln. In Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand der Batterie sendet ein RuheStrommanager eine Anweisung an das Steuer¬ gerät, um einen mit dem Steuergerät verbundenen Verbraucher anzu- steuern. In Antwort auf die Anweisung von dem Ruhestrommanager sendet das Steuergerät eine Rückmeldung, die einen Zustand des
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Steuergeräts kennzeichnet. Diese Rückmeldung gibt beispielsweise Auskunft darüber, dass das Steuergerät die Anweisung korrekt emp¬ fangen hat, oder informiert über einen aktuell vom Steuergerät benötigten Strombedarf.
Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung werden speziell ver¬ schiedene Funktionen mit unterschiedlichen Prioritäten eines Steu¬ ergeräts vom Ruhestrommanager angewiesen, jeweilige Verbraucher anzusteuern. Die von dem Ruhestrommanager an das Steuergerät ge- sendete Anweisung enthält beispielsweise eine Aktivierung oder
Deaktivierung einer bestimmten Funktion mit einer bestimmten Prio¬ rität.
Gemäß einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung ist der Ruhe- Strommanager in der Lage ein Resetsignal an das Steuergerät zu senden, um die Software des Steuergeräts zurückzusetzen, wenn bei¬ spielsweise innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rück¬ meldung von dem Steuergerät empfangen wird. Das Resetsignal kann entweder einen Softwarereset oder einen Hardwarereset auslösen. Zur Durchführung eines Hardwareresets trennt eine Schaltvorrich¬ tung das Steuergerät kurzfristig von der Batterie.
Gemäß der Erfindung ist ein mehrstufiges Abschaltkonzept möglich, wenn das Steuergerät keine Rückmeldung in Antwort auf eine vom Ruhestrommanager gesendete Anweisung zurückgibt. Speziell bedeutet dies, dass, wenn nach einem Senden einer Anweisung an das Steuer¬ gerät keine Rückmeldung von diesem erhalten wird, beispielsweise die Anweisung erneut gesendet wird. Wenn der RuheStrommanager im¬ mer noch keine Rückmeldung von dem Steuergerät erhält, sendet der Ruhestrommanager ein Softwareresetsignal an das Steuergerät, um dessen Software neu zu initialisieren. Anschließend versucht der Ruhestrommanager erneut die Anweisung an das Steuergerät zu sen¬ den. Wenn der Ruhestrommanager immer noch keine Rückmeldung vom Steuergerät erhält, führt er einen Hardwarereset durch, indem kurzfristig das Steuergerät von der Batterie getrennt wird. Erhält der Ruhestrommanager auch nach Durchführung eines Hardwareresets
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vom Steuergerät keine Rückmeldung, so veranlasst der Ruhestromma¬ nager eine endgültige Trennung des Steuergeräts vom Bordnetz, wo¬ durch sichergestellt wird, dass kein unnötiger Stromverbrauch er¬ folgt.
Gemäß der Erfindung ist sichergestellt, dass die Steuergeräte auch tatsächlich die Anweisungen von dem Ruhestrommanager erhalten und verstanden haben. Falls sich eines der Steuergeräte beispielsweise in einer Endlosschleife befindet, kann durch ein Reset die Funkti- on des Steuergeräts wieder hergestellt werden. Falls auch nach einem Reset das Steuergerät nicht antwortet, wird es vom Bordnetz (Batterie) dauerhaft getrennt. Dieses mehrstufige Abschaltkonzept gemäß der Erfindung garantiert, dass Funktionen der Steuergeräte mit hoher Priorität bei abnehmendem Batterieladezustand so lange wie möglich aufrechterhalten bleiben.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sys¬ tems gemäß der Erfindung und eines Verfahrens hierfür unter Bezug¬ nahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Darin zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß dem bevor¬ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2a und 2b Flussdiagramme gemäß einem bevorzugten Ausfüh¬ rungsbeispiel der Erfindung, zur Erklärung der Funktionsweise des in Figur 1 gezeigten Systems.
Fig. 1 zeigt ein Energiemanagementsystem 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das System 1 enthält eine Bat¬ terie 2, die ein Bordnetz 3, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt), mit elektrischer Energie versorgt.
Fig. 1 zeigt ein erstes Steuergerät 4A, und ein zweites Steuerge¬ rät 4B, die über Schaltvorrichtungen 5A, 5B jeweils mit dem Bord-
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netz 3 verbunden und mit elektrischer Energie von der Batterie 2 versorgt werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Schaltvorrichtungen 5A, 5B durch ein Steuersignal von einem Ruhestrommanager 6 betätigt. Der Ruhestrommanager 6 kann die Schaltvorrichtungen 5A und 5B unabhängig voneinander derart an¬ steuern, dass die Steuergeräte 4A, 4B entweder mit dem Bordnetz 3 verbunden oder von diesem getrennt sind.
Der Ruhestrommanager 6 ist ferner mit einer Schaltvorrichtung 7 verbunden, um die Batterie 2 vom Bordnetz 3 abzutrennen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Batteriemonitorvorrichtung 8 so¬ wohl mit der Batterie 2 als auch mit dem Ruhestrommanager 6 in Verbindung. Die Batteriemonitorvorrichtung 8 überwacht entweder kontinuierlich oder periodisch den Ladezustand der Batterie 2.
Wenn der Ladezustand der Batterie beispielsweise unter eine vorbe¬ stimmte Schwelle (z.B. 55 %) der Gesamtladekapazität der Batterie 2 abfällt, liefert die Batteriemonitorvorrichtung 8 ein Signal an den Ruhestrommanager 6, der daraufhin über einen Bus 9 (beispiels- weise CAN, MOST, LIN, etc.) eine Anweisung an die Steuergeräte 4A, 4B liefert, bestimmte Funktionen der Steuergeräte 4A, 4B mit nied¬ riger Priorität, beispielsweise die Innenraumbeleuchtung, zu deak¬ tivieren, um Strom zu sparen. Der Ruhestrommanager 6 wird vorzugs¬ weise von der Batteriemonitorvorrichtung 8 geweckt, wenn diese einen kritischen Ladezustand der Batterie detektiert, oder von den Steuergeräten 4, wenn diese einen unerwartet hohen Stromverbrauch aufgrund einer Fehlfunktion haben.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 4A eine erste Funktion 10 und eine zweite Funktion 11 auf. Über die erste Funktion 10 steuert das Steuergerät 4A beispielsweise ein Parklicht 12 des Fahrzeugs. Über die zweite Funktion 11 wird bei¬ spielsweise die Innenraumbeleuchtung 13 des Fahrzeugs angesteuert. Die Funktionen 10, 11 haben vorzugsweise unterschiedliche Priori- tat. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Parklicht 12 eine hohe Priorität und die Innenraumbeleuchtung 13 eine nied-
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rige Priorität.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2a und 2b wird im Folgenden die Funkti¬ onsweise des in Fig. 1 gezeigten Systems erklärt.
Nach dem Start des Verfahrens in Schritt SO ermittelt die Batte¬ riemonitorvorrichtung 8 in Schritt Sl den aktuellen Ladezustand der Batterie 2. Die Batteriemonitorvorrichtung 8 vergleicht den erfassten aktuellen Ladezustand beispielsweise mit einem gespei- cherten vordefinierten Wert, um in Schritt S2 zu bestimmen, ob der Ladezustand der Batterie 2 einen kritischen Wert erreicht hat. Liegt der erfasste Ladezustandswert der Batterie 2 beispielsweise unter 55 % der Gesamtladekapazität der Batterie 2, so wird bei¬ spielsweise in Schritt S3 der Ruhestrommanager 6 aktiviert.
Wird in Schritt S2 bestimmt, dass der Ladezustand der Batterie 2 beispielsweise über 55 % liegt, bleibt der RuheStrommanager 6 in einem Standby Betrieb und das in Fig. 2 gezeigte Flussdiagramm kehrt zu Schritt Sl zurück.
Basierend auf dem von der Batteriemonitorvorrichtung 8 erfassten Ladezustand der Batterie 2 sendet der Ruhestrommanager 6 Mittei¬ lungen in Schritt S4 über den Bus 9 an die Steuergeräte 4A, 4B. Die Mitteilung enthält beispielsweise eine Prioritätsnummer, um Funktionen der Steuergeräte 4A, 4B, die diese Prioritätsnummer oder eine geringere Priorität aufweisen, abzuschalten. Je kleiner der Ladezustand der Batterie 2 wird, um so mehr Funktionen mit hoher Priorität werden aufgrund einer zunehmenden Prioritätsnummer in den Mitteilungen abgeschaltet.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zuerst die Funktion 11 des Steuergeräts 4A, die zur Ansteuerung der Innenraumbeleuch¬ tung 13 des Fahrzeugs dient, abgeschaltet, da ihre Priorität ge¬ ringer ist als die Priorität der Funktion 10, die zur Ansteuerung des Parklichts 12 dient.
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In Schritt S5 empfängt der Ruhestrommanager 6 eine Rückmeldung von den Steuergeräten, die kennzeichnend ist für einen Empfang der Mitteilung mit der Prioritätsnummer sowie beispielsweise einen aktuellen Ruhestromverbrauch des Steuergeräts 4 angibt.
In Schritt S6 bestimmt der Ruhestrommanager 6, ob er von allen Steuergeräten 4, die am Bus 9 hängen, eine Rückmeldung erhalten hat.
Wenn der Ruhestrommanager 6 beispielsweise von dem Steuergerät 4B keine Rückmeldung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode er¬ halten hat, sendet der Ruhestrommanager 6 in Schritt S7 über den Bus 9 ein Softwareresetsignal an das Steuergerät 4B, um einen Feh¬ ler des Steuergeräts 4B, beispielsweise aufgrund einer Endlos- schleife in der Software des Steuergeräts 4B, zu beheben.
In Schritt S8 sendet der Ruhestrommanager 6 dann erneut die be¬ reits in Schritt S4 gesendete Mitteilung entweder erneut an alle Steuergeräte 4A, 4B oder nur an das nicht antwortende Steuergerät 4B, um in Schritt S9 zu überprüfen, ob der Fehler durch den Soft- warereset behoben wurde und eine Rückmeldung von dem nicht antwor¬ tenden Steuergerät empfangen wurde.
Der Ruhestrommanager 6 kann auch zuerst mehrmals die Mitteilung an alle oder nur an nicht antwortende Steuergeräte senden, bevor ein Reset ausgelöst wird.
Wenn das Steuergerät 4B immer noch nicht antwortet, wird gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Schritt SlO ein Hardwarereset durchgeführt. Dabei sendet der Ruhestrommanager 6 ein Signal an die Schaltvorrichtung 5B, um das Steuergerät 4B kurzzeitig vom Bordnetz 3 und somit von der Batterie 2 abzuklemmen und dann wie¬ der zu verbinden. Das Steuergerät 4B durchläuft dann in herkömmli¬ cher Weise automatisch einen Initialisierungsprozess (nicht ge- zeigt) .
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In Schritt Sil wird versucht die bereits in S4 und S8 gesendete Mitteilung an das Steuergerät 4B zu senden, um in Schritt S12 zu prüfen, ob der Fehler des Steuergeräts 4B durch den Hardwarereset behoben wurde und jetzt eine Rückmeldung von dem Steuergerät 4B erhalten wird. Wenn in Schritt S13 festgestellt wird, dass jetzt das Steuergerät 4B eine Rückmeldung an den RuheStrommanager 6 lie¬ fert, wird das Verfahren in Schritt Sl fortgesetzt.
Wenn in Schritt S13 festgestellt wird, dass das Steuergerät 4B immer noch nicht antwortet, wird davon ausgegangen, dass ein schwerwiegender Fehler des Steuergeräts 4B vorliegt und der Ruhe¬ strommanager 6 sendet ein Signal an die Schaltvorrichtung 5B, um das Steuergerät 4B dauerhaft vom Bordnetz 3 abzutrennen. Dadurch wird verhindert, dass aufgrund einer Fehlfunktion des Schaltgeräts 4B weiter Energie verbraucht wird.
Das oben genannte Verfahren wird vorzugsweise periodisch wieder¬ holt, um in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie 2 nach und nach Funktionen mit zunehmender Priorität der Steuergeräte abzuschalten. Dadurch wird erreicht, dass die Funktionen mit höchster Priorität solang wie möglich aufrechterhalten bleiben, da zuerst weniger wichtige Funktionen deaktiviert werden.
Obwohl die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es selbst¬ verständlich, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen wer¬ den können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, sofern sichergestellt ist, dass von den Steuergeräten eine Rück¬ meldung in Antwort auf eine Mitteilung durch den Ruhestrommanager erfolgt, die einen Zustand des Steuergeräts, beispielsweise einen Fehlerzustand, einen Strombedarfszustand, oder dergleichen bein¬ haltet.
Ferner sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 Ie- diglich zwei Steuergeräte gezeigt, wobei selbstverständlich eine beliebige Anzahl von Steuergeräten verwendet werden kann, die über
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einen Bus mit dem RuheStrommanager 6 verbunden sind.
Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäßen Prinzipien auch in anderen Anwendungsgebieten zu verwenden, sofern ähnliche Problem- Stellungen wie im Kraftfahrzeugbereich vorliegen.
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Bezugs zeichenli ste
1 System
2 Batterie
3 Bordnetz
4A, BSteuergeräte
5A, BSchaltvorrichtungen
6 Ruhestrommanager
7 Schaltvorrichtung
8 Batteriemonitorvorrichtung
9 Bus
10 erste Funktion
11 zweite Funktion
12 erster Verbraucher
13 zweiter Verbraucher