WO2007140757A1 - Anordnung zur ruhestromreduzierung für ein fahrzeugsteuergerät - Google Patents

Anordnung zur ruhestromreduzierung für ein fahrzeugsteuergerät Download PDF

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WO2007140757A1
WO2007140757A1 PCT/DE2007/000995 DE2007000995W WO2007140757A1 WO 2007140757 A1 WO2007140757 A1 WO 2007140757A1 DE 2007000995 W DE2007000995 W DE 2007000995W WO 2007140757 A1 WO2007140757 A1 WO 2007140757A1
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vehicle control
control unit
operating state
energy store
arrangement according
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PCT/DE2007/000995
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Michael Winklhofer
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Webasto Ag
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    • 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
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/005—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting using a power saving mode

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for resting current reduction for a vehicle control unit.
  • Such vehicle control devices are used, for example, in motor vehicles for different control tasks, such as, for example, for controlling the engine of drives for windows, seat adjusters and the like.
  • each controller has at its voltage input a further energy store, a so-called buffer capacitor, for buffering the supply voltage.
  • This buffer capacitor is permanently connected to the supply voltage, that is to say to the vehicle battery.
  • Such a capacitor often designed as a high capacitance electrolytic capacitor, has a leakage current supplied by and discharging the vehicle battery, which can adversely affect its state of charge and life. Due to the high and increasing number of such components, these leakage currents add up. The leakage currents are dependent on other factors, for example the ambient temperature, the age and the quality of the component. This is usually remedied by the components are dimensioned accordingly, but this entails economic disadvantages in terms of cost and space.
  • DE 103 23 630 A1 and DE 103 23 631 A1 describe a circuit arrangement for improving the operational capability of an electric battery.
  • a circuit arrangement for monitoring and wirelessly signaling a pressure of a pneumatic vehicle tire is described in which a buffer capacitor can be connected to and / or disconnected from a battery under certain conditions. These conditions are determined by a control circuit through probes, timers and / or counters for the power-on states in order to prevent voltage drops in the battery voltage at an increased power requirement and thus to extend the life of the battery.
  • the battery is not rechargeable.
  • the control circuit has a large number of functions, which can only be made possible by appropriate expenditure on (intelligent) components, such as microcontrollers, which is disadvantageous in terms of cost. Furthermore, no indications for the application of this arrangement in rechargeable batteries of vehicle control devices, such as in vehicle power supplies, given.
  • the object of the present invention is to improve an arrangement for quiescent current reduction for a vehicle control unit so that the above-mentioned disadvantages are eliminated and a better economy compared to the prior art is achieved.
  • This object is achieved by an arrangement with the features of claim 1.
  • an arrangement for quiescent current reduction for a vehicle control unit is provided with at least two operating states, wherein the vehicle control unit in a first operating state has a high energy demand and in a second operating state a low energy consumption, comprising: at least a first rechargeable energy storage for the electrical supply of the vehicle control device in the first and second operating states of the vehicle control device; at least one second energy store for buffering the first energy store in the first operating state of the vehicle control device; and at least one switching device for connecting the second energy store to the first energy store in the first operating state of the vehicle control device, wherein the at least one switching device is connected to the control in dependence on a respective operating state of the vehicle control device with the vehicle control unit.
  • a second energy store in the form of a buffer capacitor for a vehicle control unit can be connected to a first energy store, namely the vehicle battery, via a switching device connected to the vehicle control unit or depending on an operating state of the vehicle control device it is separable.
  • a signal or a corresponding potential of a connection point already present in the vehicle control device for controlling the operating states thereof is advantageously used simply to switch the switching device on or off, as a result of which the buffer capacitor is connected to or disconnected from the vehicle battery.
  • Another advantage of the inventive arrangement for quiescent current reduction of a vehicle control device is that the parts cost compared to the prior art is advantageously considerably reduced. Another economic advantage arises from the fact that the simplest and easily obtainable components are used.
  • an input of the at least one switching device is connected to a connection point of the vehicle control device, which has a correspondingly different electrical potential as a function of the respective operating state of the vehicle control device.
  • the at least one switching device has a switching element which is switched on in the first operating state of the vehicle control unit for connecting the second energy store to the first energy store, and is turned off in the second operating state of the vehicle control unit for separating the second energy store from the first energy store ,
  • the switching device advantageously requires no energy in order to maintain the switched-off state.
  • the switching element is an electromechanical switching element, for example a relay whose switching contact is normally open, that is, in the off state advantageously requires no energy to maintain this state.
  • a relay is to operate multiple switch contacts simultaneously, with a relay being relatively insensitive to voltage fluctuations in a particular voltage range.
  • the switching element is a semiconductor switch, preferably a bipolar transistor.
  • a switching element has the advantages of a small size, high adaptability to signals from the vehicle control and cost-effective availability in high quality.
  • This transistor is not a special component and therefore particularly advantageous. It is preferred that the switching element is bridged in execution as a bipolar transistor with a discharge diode.
  • the buffer capacitor can discharge via this diode without damaging the transistor.
  • the switching device has a current limitation for limiting a current in the second energy store.
  • a charging current impulse is limited, which advantageously on the one hand on the load on the power supply by voltage dips or so-called peaks with electromagnetic interference and the dimensioning of a polarity reversal diode whose current carrying capacity can be reduced, resulting in a cost and size advantage results.
  • a current limitation is advantageously realized by the interaction of the resistance and the transistor.
  • the switching device is a component of the vehicle control unit or is arranged in the vehicle control unit. This results in a advantageous compact and simple arrangement without additional housing.
  • Figure 1 is a block diagram of an embodiment of an inventive arrangement
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • Fig. 1 an embodiment of the inventive arrangement for quiescent current reduction for a vehicle control unit 2 is shown in a block diagram.
  • the voltage U3 indicates further, not shown connections for electrical units of the vehicle.
  • a first energy storage 3 for example, a rechargeable vehicle battery, connected.
  • a second energy store 4 in this case a capacitor, is connected to a terminal with the first voltage Ul and with another terminal to a switching device 5, which in turn is connected to a second terminal on the vehicle ground 14, having an input 13, which is connected to a connection point 12 of the vehicle control unit 2.
  • the vehicle control unit is also connected to the vehicle mass 14.
  • connection 9 Another connection is connected to the first voltage Ul via a connection 9 and a still further connection to a second voltage U2, which is connectable via a switch 8, for example a contact of an ignition switch of the vehicle, with the first voltage Ul.
  • the switch 8 is shown in the open state.
  • vehicle control unit 2 is connected to consumers 15, 16, 17 controlled by it, for example injection valves, which are only shown as representative of further units.
  • the power generator 6 coupled to it is driven, which supplies via the control unit 7 a voltage which serves to charge the energy stores 3, 4 and to supply the voltages U1, U2 and U3.
  • the voltages Ul, U2 and U3 are provided only by the first energy storage 3.
  • the vehicle control unit 2 has two operating states:
  • the switch 8 In the first operating state, the switch 8 is closed, whereby the second voltage U2 is connected to the first voltage Ul and the vehicle control unit 2 is turned on. In this case, a first current I 1 flows into the vehicle control unit 1. Furthermore, the switching device 5 is turned on by the control unit 2 (explained in more detail below), whereby the second energy storage 4 is connected in parallel to the first energy storage 3 and acts as a buffer capacitor. When the second energy store 4 is switched on, a high current I 3 flows which, after a charging process of the second energy store 4, becomes a small, so-called leakage current. When the engine is switched off, the first energy store 3 (when the engine is running, it is the first energy store 3 and the energy generator 6) must supply a total current I G for the arrangement 1, which results from the sum of the currents I x and I 3 .
  • the switch 8 In the second operating state of the vehicle control unit 2, the switch 8 is opened.
  • the vehicle control unit 2 switches internally into a so-called sleep mode and receives a Power supply via the connection 9 with a low current I 2 .
  • the switching device 5 In this second operating state, the switching device 5 is switched off by the vehicle control unit 2, the second energy store 4 is not connected in parallel to the first energy store 3, and no current I 3 flows .
  • the total current IQ to be supplied by the first energy store 3 is only the small current I 2 .
  • An additional discharge of the first energy store 3 by a leakage current I 3 of the second energy store 4 is advantageously not. With a large number of different ones
  • the vehicle control unit 2 controls the switching device 5 as a function of the respective operating state in a simple manner, which will now be explained with reference to FIG. 2.
  • Fig. 2 is a more detailed circuit diagram of Fig. 1. It is shown on the left side only the first energy storage 3 with the symbol of a battery.
  • the second energy storage 4 is drawn as an electrolytic capacitor, wherein its positive pole (open rectangle) is connected to the first voltage Ul and to the battery 3 via a Verpolstoffdiode D4. The other terminal of the second energy storage 4 is connected to the switching device 5.
  • the switching device 5 consists of a switching element Tl, preferably a transistor, particularly preferably a bipolar transistor, here an npn design. Its collector is connected to the negative terminal of the second energy store 4 and the cathode of a discharge diode D3 whose anode is located on vehicle ground 14.
  • the emitter of the transistor Tl is connected via a resistor R2 to the vehicle ground 14, wherein the base of the transistor having a base resistor Rl and an anode of one of two connected in series Biasing diodes Dl, D2 is connected, of which the cathode of the first bias diode Dl is on vehicle mass 14.
  • the base resistor Rl is connected at its other terminal to the input 13 of the switching device, which is connected to the connection point 12 of the vehicle control unit 2.
  • the vehicle control unit 2 here has a control unit 10 and an operating state control unit 11, which are connected to one another.
  • the control unit 10 is connected to the second voltage U2, and the operating state control unit 11 via the connection 9 to the first voltage Ul.
  • the operating state control unit 11 has an output, which in the circuit of the vehicle control unit 2 has a connection point which has the connection point 12 for the connection to the input 13 of the switching device.
  • connection point 12 assumes, for example, in the first operating state of the vehicle control device 2 to a positive potential, which turns on the transistor Tl via the connection from the connection point 12 to the input 13 via the base resistor Rl.
  • the second energy storage 4 is connected in parallel to the first energy storage 3 by the connection via the resistor R2 with vehicle ground 14.
  • a high current 13 flows as the charging current of the capacitor 4, which is limited by the resistor R2 so that the reverse-protection diode D4, in contrast to the prior art, is advantageous can be designed for a smaller maximum current.
  • the bias diodes Dl, D2 act to limit the current and the exact switching of the transistor Tl.
  • the switch 8 of the vehicle control unit 2 is opened. No current I x flows into the control unit 10, which controls the operating state control unit 11 in such a way that it switches on the connection 9 to the first voltage U 1.
  • the Radio- state control unit 11 thereby generates a certain signal with a certain, but the first operating state different potential at its output, also for controlling internal circuits of the vehicle control unit 2 for its function, which also rests again at the connection point 12.
  • the connection point 12 takes, for example, in this second
  • the vehicle ground potential which turns off the transistor Tl via the connection from the connection point 12 to the input 13 via the base resistor Rl.
  • the second energy storage 4 is separated from the connection to the first energy storage 3 by high impedance of the collector-emitter path of the transistor Tl.
  • the capacitor 4 may also, to protect the collector-emitter path of the transistor Tl from damage, discharged via the discharge diode D3 to vehicle mass 14 to the controller in the case of a short-term
  • transistor Tl any other transistor, for example a MOSFET. Since a MOSFET already has an integrated diode, even the discharge diode D3 can be omitted here.
  • the second energy storage 4 can also be switched in the positive supply line. A two-pole switching is possible.
  • the switching device 5 can be implemented with in the housing of the respective vehicle control unit 2, whereby no additional space is required.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät (2) mit zumindest zwei Betriebszuständen, wobei das Fahrzeugsteuergerät (2) in einem ersten Betriebszustand einen hohen Energiebedarf und in einem zweiten Betriebszustand einen niedrigen Energiebedarf aufweist, wobei die Anordnung Folgendes aufweist: mindestens einen ersten aufladbaren Energiespeicher (3) zur elektrischen Versorgung des Fahrzeugsteuergeräts (2) in dem ersten und zweiten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) ; mindestens einen zweiten Energiespeicher (4) zur Pufferung des ersten Energiespeichers (3) in dem ersten Betriebs zustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) ; und mindestens eine Schalteinrichtung (5) zur Verbindung des zweiten Energiespeichers (4) mit dem ersten Energiespeicher (3) in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) , wobei die mindestens eine Schalteinrichtung (5) zur Steuerung in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) mit dem Fahrzeugsteuergerät (2) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Anordnung zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ruhe- Stromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät.
Derartige Fahrzeugsteuergeräte werden zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zu unterschiedlichen Steuerungsaufgaben eingesetzt, wie beispielsweise zur Steuerung des Motors von An- trieben für Fenster, Sitzverstellungen und dergleichen.
Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht ein Trend dazu, dass sich die Anzahl der zu steuernden Baugruppen in einem Kraftfahrzeug weiter erhöhen wird. Aus diesem Grund ist im Kraft- fahrzeug zukünftig ein erhöhter elektrischer Leistungsbedarf vorhanden, der durch einen entsprechenden Generator, der vom Motor angetrieben wird, und einem aufladbaren Energiespeicher, zum Beispiel der Fahrzeugbatterie, gedeckt wird.
Bei Stillstand des Motors wird der Energiebedarf allein von dem Energiespeicher zur Verfügung gestellt. Bei einer großen Anzahl von Fahrzeugsteuerungen wird dieser Energiespeicher auch in diesem Betriebszustand benötigt, denn Steuerungen können trotz Abschaltung des Zündschalters in einen Sparbe- trieb mit geringem Energiebedarf, wie beispielsweise ein Stand-By-Betrieb oder ein Sleep-Mode-Betrieb, umschalten. Hierbei wird der Energiespeicher, das heißt die Fahrzeugbatterie, ununterbrochen beansprucht. Dieser Energieverbrauch wird auch durch Verluste in bestimmten Bauteilen zusätzlich erhöht. Beispielsweise weist jede Steuerung an ihrem Spannungseingang einen weiteren Energiespeicher, einen so genannten Pufferkondensator, zur Pufferung der VersorgungsSpannung auf. Dieser Pufferkondensator ist mit der Versorgungsspannung, das heißt mit der Fahrzeugbatterie, ständig verbunden. Ein solcher Kondensator, häufig als ein Elektrolytkondensator mit hoher Kapazität ausgebildet, weist einen Leckstrom auf, der von der Fahrzeugbatterie geliefert wird und diese entsprechend entlädt, was sich auf ihren Ladezustand und ihre Lebensdauer negativ auswirken kann. Auf Grund der hohen und zunehmenden Anzahl derartiger Bauteile summieren sich diese Leckströme. Die Leckströme sind von weiteren Faktoren abhängig, zum Beispiel von der Umgebungstemperatur, dem Alter und der Qualität des Bauteils. Dazu wird üblicherweise Abhilfe geschaffen, indem die Bauteile entsprechend dimensioniert werden, was aber wirtschaftliche Nachteile hinsichtlich der Kosten und auch des Bauraums mit sich bringt.
Die DE 103 23 630 Al und die DE 103 23 631 Al beschreiben ei- ne Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Einsatzfähigkeit einer elektrischen Batterie. Es wird eine Schaltungsanordnung zum Überwachen und drahtlosen Signalisieren eines Drucks eines Fahrzeugluftreifens beschrieben, bei welcher ein Pufferkondensator bei bestimmten Bedingungen einer Batterie zu- schaltbar und/oder von ihr trennbar ist. Diese Bedingungen werden von einem Kontrollschaltkreis durch Messfühler, Zeitgeber und/oder Zähler für die Einschaltzustände ermittelt, um bei einem erhöhten Leistungsbedarf Spannungseinbrüche der Batteriespannung zu verhindern und so die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Die Batterie ist nicht aufladbar. Der KontrollSchaltkreis weist eine große Anzahl von Funktionen auf, die nur durch entsprechenden Aufwand an (intelligenten) Bauteilen, wie zum Beispiel Mikrokontroller, ermöglicht werden können was nachteilig hinsichtlich der Kosten ist. Wei- terhin werden keine Hinweise zur Anwendung dieser Anordnung bei aufladbaren Batterien von Fahrzeugsteuergeräten, wie zum Beispiel bei Fahrzeugstromversorgungen, gegeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Anordnung zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät so zu verbessern, dass die oben genannten Nachteile behoben werden und eine bessere Wirtschaftlichkeit gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Demgemäß ist eine Anordnung zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät mit zumindest zwei Betriebszuständen vorgesehen, wobei das Fahrzeugsteuergerät in einem ersten Betriebszustand einen hohen Energiebedarf und in einem zweiten Betriebszustand einen niedrigen Energiebedarf aufweist, die aufweist : mindestens einen ersten aufladbaren Energiespeicher zur elektrischen Versorgung des Fahrzeugsteuergeräts in dem ersten und zweiten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts; mindestens einen zweiten Energiespeicher zur Pufferung des ersten Energiespeichers in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts; und mindestens eine Schalteinrichtung zur Verbindung des zweiten Energiespeichers mit dem ersten Energiespeicher in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts, wobei die mindestens eine Schalteinrichtung zur Steuerung in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts mit dem Fahrzeugsteuergerät verbunden ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein zweiter Energiespeicher in Ausführung als Pufferkondensator für ein Fahrzeugsteuergerät in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts mit einem ersten Energiespeicher, nämlich mit der Fahrzeugbatterie, ü- ber eine mit dem Fahrzeugsteuergerät verbundene Schalteinrichtung verbindbar oder von ihm trennbar ist.
Dadurch wird vorteilhafterweise kein zusätzlicher Kontrollschaltkreis benötigt. Ein in dem Fahrzeugsteuergerät zur Steuerung der Betriebszustände desselben bereits vorhandenes Signal bzw. ein entsprechendes Potenzial eines Anschlusspunkts wird vorteilhaft einfach dazu benutzt, die Schaltein- richtung ein- bzw. auszuschalten, wodurch der Pufferkondensator als Resultat mit der Fahrzeugbatterie verbunden oder von ihr getrennt ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ruhestromreduzierung eines Fahrzeugsteuergeräts besteht darin, dass der Teileaufwand gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft erheblich reduziert ist. Ein weiterer wirtschaftli- eher Vorteil ergibt sich daraus, dass einfachste und leicht beschaffbare Bauteile Verwendung finden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt .
Es ist bevorzugt, dass ein Eingang der mindestens einen Schalteinrichtung mit einem Anschlusspunkt des Fahrzeugsteuergeräts verbunden ist, welcher in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands des Fahrzeugsteuergeräts ein entspre- chend unterschiedliches elektrisches Potenzial aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass im Fahrzeugsteuergerät bereits vorhandene Signale zur Steuerung der Schalteinrichtung verwendet werden und nicht durch zusätzliche Schaltungen erzeugt werden müssen. Dieses können zum Beispiel Spannungs- Potenziale am Ausgang einer Betriebszustandssteuereinheit des Fahrzeugssteuergeräts sein, die zur Steuerung des Betriebszustands des Fahrzeugssteuergeräts vorgesehen ist. Der Teilebedarf ist dadurch vorteilhaft bedeutend gering.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schalteinrichtung ein Schaltelement aufweist, welches im ersten Betriebszustand des Fahrzeugssteuergeräts zur Verbindung des zweiten Energiespeichers mit dem ersten Energiespeicher eingeschaltet ist, und im zweiten Betriebszustand des Fahrzeugssteuergeräts zur Trennung des zweiten Energiespeicher von dem ersten Energiespeicher ausgeschaltet ist. Dadurch ist es vorteilhaft ermöglicht, dass in dem ersten Betriebszustand, in welchem ein Energieerzeuger zusätzlich zu dem ersten Energiespeicher Energie liefern kann, zum Beispiel bei Betrieb des Fahrzeugmotors, und somit ausreichend Energie vorhanden ist, die Einschaltenergie davon entnommen wird. Im zweiten Betriebszustand, in dem nur der erste Energiespeicher Energie liefert, benötigt die Schalteinrichtung vorteilhaft keine Energie, um den ausgeschalteten Zustand beizubehalten. Dazu ist in einer Ausführung bevorzugt, dass das Schaltelement ein elektromechanisches Schaltelement ist, zum Beispiel ein Relais, dessen Schaltkontakt stromlos geöffnet ist, das heißt, im ausgeschalteten Zustand vorteilhaft keine Energie zur Aufrechterhaltung dieses Zustande benötigt. Ein weiterer Vorteil eines Relais besteht darin, mehrere Schaltkontakte gleichzeitig zu betätigen, wobei ein Relais in einem bestimmten Spannungsbereich relativ unempfindlich gegen Spannungs- Schwankungen ist.
In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass das Schaltelement ein Halbleiterschalter ist, vorzugsweise ein bipolarer Transistor. Ein solches Schaltelement weist die Vorteile einer geringen Baugröße, großer Anpassungsfähigkeit an Signale aus der Fahrzeugsteuerung und kostengünstige Verfügbarkeit in hoher Qualität auf. Dieser Transistor ist kein Sonderbauteil und dadurch besonders vorteilhaft. Dabei ist es bevorzugt, dass das Schaltelement in Ausführung als ein bipo- larer Transistor mit einer Entladungsdiode überbrückt ist.
Das ist vorteilhaft, da bei Stromausfall der Pufferkondensator sich über diese Diode entladen kann, ohne den Transistor zu beschädigen.
Die Schalteinrichtung weist in weiterer bevorzugter Ausführung eine Strombegrenzung zur Begrenzung eines Stroms in den zweiten Energiespeicher auf. Somit wird beim Einschalten des Kondensators ein Ladestromstoß begrenzt, was sich vorteilhaft einerseits auf die Belastung der Stromversorgung durch Span- nungseinbrüche bzw. so genannte Peaks mit elektromagnetischen Störungen und die Dimensionierung einer Verpolschutzdiode auswirkt, deren Strombelastbarkeit verringert werden kann, was einen Kosten- und Baugrößenvorteil ergibt. Eine Strombegrenzung wird vorteilhaft durch das Zusammenspiel des Wider- Standes und des Transistors realisiert.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung ein Bestandteil des Fahrzeugsteuergeräts ist oder im Fahrzeugsteuergerät angeordnet ist. Somit ergibt sich eine vorteilhaft kompakte und einfache Anordnung ohne Zusatzgehäuse .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung; und
Figur 2 einen Schaltplan des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
Gleiche Bezugszeichen sind in den Figuren der Zeichnung gleichen oder funktionsgleichen Komponenten zugeordnet, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät 2 in einem Blockschaltbild dargestellt.
Ein Energieerzeuger 6, zum Beispiel ein Generator bzw. eine Lichtmaschine, eines nicht gezeigten Fahrzeugs ist über eine Regeleinheit 7 einerseits mit einer Fahrzeugmasse 14 und andererseits mit einer Stromschiene mit einer ersten Spannung Ul und mit einer Stromschiene mit einer zweiten Spannung U3 verbunden. Die Spannung U3 deutet weitere, nicht dargestellte Anschlüsse für elektrische Einheiten des Fahrzeugs an. Paral- IeI zu der Regeleinheit 7 ist ein erster Energiespeicher 3, zum Beispiel eine aufladbare Fahrzeugbatterie, angeschlossen. Ein zweiter Energiespeicher 4, in diesem Fall ein Kondensator, ist mit einem Anschluss mit der ersten Spannung Ul und mit einem weiteren Anschluss mit einer Schalteinrichtung 5 verbunden, die ihrerseits mit einem zweiten Anschluss an der Fahrzeugmasse 14 liegt, wobei sie einen Eingang 13 aufweist, welcher mit einem Anschlusspunkt 12 des Fahrzeugsteuergeräts 2 verbunden ist. Das Fahrzeugsteuergerät ist ebenfalls an der Fahrzeugmasse 14 angeschlossen. Ein weiterer Anschluss ist mit der ersten Spannung Ul über eine Verbindung 9 und ein noch weiterer Anschluss mit einer zweiten Spannung U2 verbunden, die über einen Schalter 8, zum Beispiel ein Kontakt eines Zündschalters des Fahrzeugs, mit der ersten Spannung Ul verbindbar ist. Der Schalter 8 ist im geöffneten Zustand gezeigt. Weiterhin ist das Fahrzeugssteuergerät 2 mit von ihm gesteuerten Verbrauchern 15, 16, 17, beispielsweise Einspritzventile, verbunden, die nur stellvertretend für weitere Einheiten gezeichnet sind.
Bei laufendem Motor des Fahrzeugs wird der mit ihm gekoppelte Energieerzeuger 6 angetrieben, welcher über die Regeleinheit 7 eine Spannung liefert, die zur Ladung der Energiespeicher 3, 4 und zur Lieferung der Spannungen Ul, U2 und U3 dient. Bei stillstehendem Motor werden die Spannungen Ul, U2 und U3 nur von dem ersten Energiespeicher 3 bereitgestellt.
Das Fahrzeugsteuergerät 2 weist zwei Betriebszustände auf:
Im ersten Betriebszustand ist der Schalter 8 geschlossen, wodurch die zweite Spannung U2 mit der ersten Spannung Ul verbunden wird und das Fahrzeugsteuergerät 2 eingeschaltet ist. In diesem Fall fließt ein erster Strom I1 in das Fahrzeugsteuergerät 1. Weiterhin wird die Schalteinrichtung 5 von dem Steuergerät 2 eingeschaltet (weiter unten ausführlicher erläutert) , wodurch der zweite Energiespeicher 4 parallel zum ersten Energiespeicher 3 angeschlossen ist und als ein Pufferkondensator wirkt. Beim Einschalten des zweiten Energiespeichers 4 fließt ein hoher Strom I3, der nach einem AufIa- devorgang des zweiten Energiespeichers 4 zu einem kleinen, so genannten Leckstrom wird. Der erste Energiespeicher 3 muss bei ausgeschaltetem Motor (bei laufendem Motor sind es der erste Energiespeicher 3 und der Energieerzeuger 6) einen Gesamtstrom IG für die Anordnung 1 liefern, der sich aus der Summe der Ströme Ix und I3 ergibt.
Im zweiten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts 2 ist der Schalter 8 geöffnet. Das Fahrzeugsteuergerät 2 schaltet intern in einen so genannten Sleep-Mode und erhält dazu eine Energieversorgung über die Verbindung 9 mit einem geringen Strom I2. In diesem zweiten Betriebszustand ist die Schalteinrichtung 5 durch das Fahrzeugsteuergerät 2 ausgeschaltet, der zweite Energiespeicher 4 ist nicht parallel zum ersten Energiespeicher 3 angeschlossen, und es fließt kein Strom I3. In diesem Fall ist der von dem ersten Energiespeicher 3 zu liefernde Gesamtstrom IQ nur der kleine Strom I2. Eine zusätzliche Entladung des ersten Energiespeichers 3 durch einen Leckstrom I3 des zweiten Energiespeichers 4 erfolgt vorteil- haft nicht. Bei einer großen Anzahl von unterschiedlichen
Fahrzeugsteuergeräten 2, die hier nicht dargestellt ist, ist es leicht nachvollziehbar, dass sich die Leckströme der jeweiligen zweiten Energiespeicher 4 addieren und die Entladung des ersten Energiespeichers 3 (bei stillstehendem Motor) er- höhen würden.
Das Fahrzeugsteuergerät 2 steuert die Schalteinrichtung 5 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand in einer einfachen Art und Weise, die nun anhand der Fig. 2 erläutert wird.
Fig. 2 ist ein ausführlicherer Schaltplan zur Fig. 1. Es ist auf der linken Seite nur der erste Energiespeicher 3 mit dem Schaltzeichen einer Batterie dargestellt. Der zweite Energie- Speicher 4 ist als ein Elektrolytkondensator gezeichnet, wobei sein Pluspol (offenes Rechteck) mit der ersten Spannung Ul und mit der Batterie 3 über eine Verpolschutzdiode D4 verbunden ist. Der andere Anschluss des zweiten Energiespeichers 4 ist mit der Schalteinrichtung 5 verbunden.
Die Schalteinrichtung 5 besteht aus einem Schaltelement Tl, vorzugsweise ein Transistor, besonders bevorzugt ein bipolarer Transistor, hier eine npn-Ausführung. Sein Kollektor ist mit dem Minuspol des zweiten Energiespeichers 4 und der Ka- thode einer Entladungsdiode D3 verbunden, deren Anode auf Fahrzeugmasse 14 liegt. Der Emitter des Transistors Tl ist über einen Widerstand R2 an der Fahrzeugmasse 14 angeschlossen, wobei die Basis des Transistors mit einem Basiswiderstand Rl und einer Anode einer von zwei in Reihe geschalteten Vorspannungsdioden Dl, D2 verbunden ist, von denen die Kathode der ersten Vorspannungsdiode Dl auf Fahrzeugmasse 14 liegt. Der Basiswiderstand Rl ist mit seinem anderen An- schluss mit dem Eingang 13 der Schalteinrichtung verbunden, welcher mit dem Anschlusspunkt 12 des Fahrzeugsteuergeräts 2 verbunden ist.
Das Fahrzeugsteuergerät 2 weist hier eine Steuereinheit 10 und eine Betriebszustandssteuereinheit 11 auf, die unterein- ander verbunden sind. Die Steuereinheit 10 ist mit der zweiten Spannung U2 , und die Betriebszustandssteuereinheit 11 ü- ber die Verbindung 9 mit der ersten Spannung Ul verbunden. Die Betriebszustandssteuereinheit 11 weist einen Ausgang auf, welcher in der Schaltung des Fahrzeugssteuergeräts 2 einen Anschlusspunkt aufweist, der den Anschlusspunkt 12 für die Verbindung zum Eingang 13 der Schalteinrichtung aufweist.
Wenn der Schalter 8 im ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts 2 geschlossen ist, fließt Strom I1 in die Steuereinheit 10, welche die Betriebszustandssteuereinheit 11 dadurch so steuert, dass diese die Verbindung 9 zur ersten Spannung Ul auftrennt. Gleichzeitig erzeugt die Betriebszustandssteuereinheit 11 dadurch ein bestimmtes Signal mit einem bestimmten Potenzial an ihrem Ausgang, zum Beispiel zur Steuerung von internen Schaltungen des Fahrzeugsteuergeräts 2 für dessen Funktion, die hier nicht weiter beschrieben werden sollen, das auch am Anschlusspunkt 12 anliegt. Der Anschlusspunkt 12 nimmt zum Beispiel in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts 2 ein positives Potenzial an, welches den Transistor Tl über die Verbindung vom Anschlusspunkt 12 zum Eingang 13 über den Basiswiderstand Rl einschaltet. Somit wird der zweite Energiespeicher 4 durch die Verbindung über den Widerstand R2 mit Fahrzeugmasse 14 parallel zum ersten Energiespeicher 3 geschaltet.
Bei diesem Einschaltvorgang des Transistors Tl wird fließt ein hoher Strom 13 als Ladestrom des Kondensators 4, der durch den Widerstand R2 so begrenzt wird, dass die Verpol- schutzdiode D4 im Gegensatz zum Stand der Technik vorteilhaft für einen kleineren Maximalstrom ausgelegt werden kann. Die Vorspannungsdioden Dl, D2 wirken zur Strombegrenzung und zum exakten Schalten des Transistors Tl mit.
Im zweiten Betriebszustand ist der Schalter 8 des Fahrzeugsteuergeräts 2 geöffnet. Es fließt kein Strom Ix in die Steuereinheit 10, welche die Betriebszustandssteuereinheit 11 dadurch so steuert, dass diese die Verbindung 9 zur ersten Spannung Ul einschaltet. Gleichzeitig erzeugt die Betriebszu- Standssteuereinheit 11 dadurch ein bestimmtes Signal mit einem bestimmten, aber zum ersten Betriebszustand unterschiedlichen Potenzial an ihrem Ausgang, ebenfalls zur Steuerung von internen Schaltungen des Fahrzeugsteuergeräts 2 für dessen Funktion, das auch wieder am Anschlusspunkt 12 anliegt. Der Anschlusspunkt 12 nimmt zum Beispiel in diesem zweiten
Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts 2 das Fahrzeugmassepotenzial an, welches den Transistor Tl über die Verbindung vom Anschlusspunkt 12 zum Eingang 13 über den Basiswiderstand Rl ausschaltet. Somit wird der zweite Energiespeicher 4 durch Hochohmigkeit der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Tl von der Verbindung zum ersten Energiespeicher 3 getrennt. Der Kondensator 4 kann sich außerdem, um die Kollektor- Emitterstrecke des Transistors Tl vor Beschädigungen zu schützen, über die Entladungsdiode D3 nach Fahrzeugmasse 14 entladen, um das Steuergerät im Falle einer kurzzeitigen
Spannungsunterbrechung mit Energie zu versorgen. Er wird jedoch nicht mehr aufgeladen. Es fließt kein Strom I3 mehr, bis auf geringste Verlustströme des Transistors Tl, die jedoch im Hinblick auf den Leckstrom des Kondensators 4 vernachlässig- bar gering sind.
Durch diese Anordnung ist es möglich, einen zweiten Energie- Speicher 4 vom ersten Energiespeicher 3 so zu trennen, dass im zweiten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts 2 nur dessen Ruhestrom den ersten Energiespeicher 3 belastet. Hierdurch wird es auch vorteilhaft möglich, Kondensatoren 4 mit normalen Leckströmen und somit zu geringeren Preise zu verwenden, die dank der Erfindung den ersten Energiespeicher 3 nicht mehr zusätzlich entladen. Für die Schalteinrichtung 5 ist keine zusätzliche Kontroll- schalteinheit erforderlich. Das notwendige Steuersignal als Funktion des Betriebszustands des Fahrzeugsteuergeräts 2 kann im Prinzip an irgendeinem Anschlusspunkt in dem Steuergerät 2 abgegriffen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Es ist denkbar, anstelle des Transistors Tl ein Relais zu verwenden, welches in einem größeren Bereich unabhängig von SpannungsSchwankungen ist als der Transistor, wozu bei diesem zusätzliche Maßnahmen zu treffen sind.
Weiterhin kann als Transistor Tl auch ein beliebig anderer Transistor, beispielsweise ein MOSFET, verwendet werden. Da ein MOSFET bereits eine integrierte Diode aufweist, kann hier sogar auf die Entladediode D3 verzichtet werden.
Der zweite Energiespeicher 4 kann auch in der Pluszuleitung geschaltet werden. Auch ein zweipoliges Schalten ist möglich.
Die Schalteinrichtung 5 kann mit im Gehäuse des jeweiligen Fahrzeugsteuergeräts 2 implementiert werden, wodurch kein zusätzlicher Bauraum benötig wird.
Bezugszeichenliste
I Anordnung 2 Fahrzeugsteuergerät
3 Erster Energiespeicher
4 Zweiter Energiespeicher
5 Schalteinrichtung
6 Energieerzeuger 7 Regeleinheit
8 Schalter
9 Verbindung
10 Steuereinheit
II Betriebszustandssteuereinheit 12 Anschlusspunkt
13 Eingang
14 Fahrzeugmasse
15 Erster Verbraucher
16 Zweiter Verbraucher 17 Dritter Verbraucher
Dl Erste Vorspannungsdiode
D2 Zweite Vorspannungsdiode
D3 Entladungsdiode
D4 Verpolschutzdiode IG Gesamtström
IL.,3 Strom
Rl Basiswiderstand
R2 Widerstand
Tl Schaltelement Ul Erste Spannung
U2 Zweite Spannung

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) zur Ruhestromreduzierung für ein Fahrzeugsteuergerät (2) mit zumindest zwei Betriebszustän- den, wobei das Fahrzeugsteuergerät (2) in einem ersten Betriebszustand einen hohen Energiebedarf und in einem zweiten Betriebszustand einen niedrigen Energiebedarf aufweist, wobei die Anordnung aufweist: mindestens einen ersten aufladbaren Energiespeicher (3) zur elektrischen Versorgung des Fahrzeugsteuergeräts (2) in dem ersten und zweiten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2); - mindestens einen zweiten Energiespeicher (4) zur Pufferung des ersten Energiespeichers (3) in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) ; und mindestens eine Schalteinrichtung (5) zur Verbin- düng des zweiten Energiespeichers (4) mit dem ersten Energiespeicher (3) in dem ersten Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2),wobei die mindestens eine Schalteinrichtung (5) zur Steuerung in Abhängigkeit von einem jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugsteuergeräts (2) mit dem Fahrzeugsteuergerät (2) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Eingang (13) der mindestens einen Schalteinrichtung (5) mit einem Anschlusspunkt (12) des Fahrzeugsteuergeräts (2) verbunden ist, welcher in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands des Fahrzeugsteuergeräts (2) ein entsprechend unterschiedliches elektrisches Potenzial aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Anschlusspunkt (12) des Fahrzeugsteuergeräts (2) ein Ausgang einer Betriebszustandssteuereinheit (11) des Fahrzeugssteuergeräts (2) ist, die zur Steuerung des Betriebszustands des Fahrzeugssteuergeräts (2) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Schalteinrichtung (5) ein Schaltelement (Tl) aufweist, welches im ersten Be- triebszustand des Fahrzeugssteuergeräts (2) zur Verbindung des zweiten Energiespeicher (4) mit dem ersten E- nergiespeicher (3) eingeschaltet ist, und im zweiten Betriebszustand des Fahrzeugssteuergeräts (2) zur Trennung des zweiten Energiespeicher (4) von dem ersten E- nergiespeicher (3) ausgeschaltet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schaltelement (Tl) ein elektromechanisches Schaltelement ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schaltelement (Tl) ein Halbleiterschalter ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schaltelement (Tl) ein bipolarer Transistor ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (Tl) in Ausführung als ein bipolarer Transistor mit einer Entladungsdiode (D3) über- brückt ist.
9 . Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schalteinrichtung (5) eine Strombegrenzung zur Begrenzung eines Stroms (I3) in den zweiten Energiespeicher (4) aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Strombegrenzung einen Widerstand (R2) aufweist .
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Schalteinrichtung (5) ein Bestandteil des Fahrzeugsteuergeräts (2) ist oder im Fahrzeugsteuergerät (2) angeordnet ist.
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