WO2017050404A1 - Vorhersage eines spannungseinbruchs in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Vorhersage eines spannungseinbruchs in einem kraftfahrzeug Download PDF

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WO2017050404A1
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Daniel RENNER
Thomas Hackner
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Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for predicting a voltage dip or a voltage drop in a vehicle electrical system of a motor vehicle in the case of a planned start of a consumer in the motor vehicle.
  • the method is provided in the event that the consumer is supplied with electrical energy via an electrical system, wherein electrical energy is provided on the one hand by at least one voltage source and on the other by an energy store connected in parallel to the at least one voltage source.
  • the invention also includes a motor vehicle which is operated in accordance with the method according to the invention. Due to the increasing electrification of the devices for providing vehicle functions an increase in performance of the central electrical supply device in motor vehicles is necessary.
  • the electrical supply device is provided only by a so-called starter battery, that is, a lead-acid battery, when the motor vehicle is out of operation, that is, the internal combustion engine is switched off.
  • a so-called starter battery that is, a lead-acid battery
  • lead-acid battery When running or started internal combustion engine, a generator for providing a source voltage is additionally available.
  • a promising approach is to provide a multi-battery supply in the electrical system of the motor vehicle. This can be provided in the form of the known lead-acid battery in comparison with a small-sized high-performance storage, which is usually based on a lithium-ion battery, and in relation to this larger-dimensioned electrical storage.
  • the object of the invention is to predetermine a voltage dip in an electrical vehicle electrical system of a motor vehicle with a parallel circuit comprising at least one voltage source and an energy store, as may result when the electrical load is started.
  • the invention provides a method for predicting the voltage drop in the electrical system in the event of a planned start of a transmission. provided in the motor vehicle.
  • the method assumes that at least one electrical voltage source and an energy store connected in parallel to the at least one voltage source via the vehicle electrical system are provided in the motor vehicle for operating the consumer.
  • a parallel connection is to be understood here as meaning that the at least one voltage source and the energy store are permanently or permanently galvanically connected by electrical conduction elements of the vehicle electrical system. So there is no switch for electrically decoupling or disconnecting the energy storage of the electrical system and / or the at least one voltage source is provided.
  • the energy store has the property that it does not receive any (significant) charge current and generates no discharge current if the vehicle electrical system voltage is greater than a predetermined maximum value.
  • Such an energy store is given, for example, by the described lead-acid battery, to which, for example, a charging voltage of 15 volts can be applied, but this does not mean that the quiescent voltage in the galvanic cells of the lead-acid battery actually adjusts to this charging voltage. Instead, the terminal voltage of the lead-acid battery only rises to 15 volts when the charging voltage is applied. If the voltage source is removed, the terminal voltage drops back to a maximum voltage without the need for a relevant discharge current. The reason for this is the so-called overvoltage of lead-acid batteries.
  • the value of the maximum voltage ie the maximum value, depends on the history and battery technology of the lead-acid battery. The maximum value can be determined, for example, by means of a characteristic curve. For example, the maximum value may be in a range of 12.8 volts to 13.5 volts.
  • a supply current that is expected to be required by the consumer after the start is determined. Starting from a current value of the vehicle electrical system voltage, it is determined what proportion of this supply current the at least one voltage source generates as a source current without the energy store until the vehicle electrical system voltage has dropped to the said maximum value. As long as the vehicle electrical system voltage is greater than the maximum value, the supply current for the consumer is provided exclusively by the at least one voltage source. In a manner known per se, the vehicle electrical system voltage drops due to the internal resistance of the at least one voltage source. In other words, it comes to the voltage dip in the electrical system. The method determines what proportion of the supply current is the at least one Voltage source supplies until the maximum value is reached, so the vehicle electrical system voltage has dropped to the maximum value.
  • the advantage of the invention is that the individual current distribution between the at least one voltage source on the one hand and the energy store on the other hand is taken into account. For this purpose, it is determined how much of the required supply current is provided or generated solely by the at least one voltage source before the on-board network voltage has actually dropped or fallen so far that the energy store also reacts with a discharge current, because the vehicle electrical system voltage becomes smaller than the maximum value ,
  • the method according to the invention is carried out in particular when the internal combustion engine of the motor vehicle is switched off.
  • the internal combustion engine may be, for example, a diesel engine or a gasoline engine.
  • the invention also includes optional developments, by the characteristics of which additional benefits.
  • a further development provides that the source current of the at least one voltage source is determined on the basis of a respective internal resistance of the at least one voltage source.
  • the voltage drop from the current value of the vehicle electrical system voltage down to the maximum value is determined exclusively on the basis of the respective internal resistance of the at least one voltage source, without taking into account the internal resistance of the energy store.
  • the voltage dip is determined independently of the internal resistance of the energy store.
  • the source current alone means that part of the supply current that flows, so that due to the internal resistance of the at least one voltage source, the vehicle electrical system voltage drops from the current value to the maximum value. This may not be enough to provide the entire supply current.
  • the final value Uend is determined on the basis of a parallel connection of the respective internal resistances Ri1 of the at least one voltage source and the internal resistance Ri ' 2 of the energy store.
  • a development for this purpose provides that it may also happen that the current value of the vehicle electrical system voltage is already smaller than the maximum value. Then there is only the second voltage phase, in which the parallel or common supply of the consumer takes place both by the at least one voltage source and the energy store. In this development, therefore, only the parallel current output is considered if the current value of the vehicle electrical system voltage is less than the maximum value.
  • the method is flexible applicable to all voltage cases.
  • a development relates to the case that a critical voltage dip is detected, through which the functioning of other electrical consumers is compromised or impaired.
  • the start of the consumer plans a vehicle function of the motor vehicle.
  • the vehicle function may be a start-stop function for an engine start of an internal combustion engine.
  • the start-stop function switches off the internal combustion engine when the motor vehicle is at a traffic light, for example. This is known per se from the prior art.
  • the vehicle function is deactivated if the final value of the vehicle electrical system voltage, as predicated on the supply current of the electric starter of the internal combustion engine, is less than a predetermined minimum voltage value Umin.
  • the start-stop function is deactivated so that the internal combustion engine is always operated continuously or runs at a traffic light.
  • the energy store is a lead-acid battery and the maximum value is based on a maximum open-circuit voltage plus an overvoltage of the lead-acid battery.
  • Lead accumulators have the described electrical behavior, that although a voltage greater than the maximum value can be applied to their terminal connections, this does not cause a significant reaction in the lead-acid battery in that a charging current would flow into the lead-acid battery.
  • the terminal voltage drops above the maximum value, no significant discharge current or equalizing current is produced.
  • the lead-acid battery reacts with a current flow only when there are voltage changes below the maximum value.
  • the invention includes a motor vehicle.
  • the motor vehicle according to the invention has, in the manner described for operating an electrical load, at least one electrical voltage source and an energy store connected in parallel to the at least one voltage source via an electrical system of the motor vehicle.
  • the energy storage blocked in the described manner at a vehicle electrical system voltage greater than a predetermined maximum value, a charging current into and a discharge current from the energy storage.
  • This is an electrochemical phenomenon or behavior of the energy store, as it is known in the manner described by a lead-acid battery.
  • a control device is provided, which is set up to predict a voltage dip in front of a motor vehicle. nem planned start of the electrical load to carry out an embodiment of the method according to the invention.
  • the control device may, for example, be realized on the basis of a microcontroller or a microprocessor.
  • the control device may in particular be a control device of the motor vehicle.
  • the energy store is in particular a lead-acid battery.
  • the at least one voltage source comprises a lithium-ion battery and / or a generator and / or a DC-DC converter.
  • these voltage sources have a distinctly different reaction behavior to a start of a consumer, so that the prediction of the voltage drop is particularly useful and advantageous here by the method according to the invention and in the motor vehicle according to the invention.
  • the voltage source is a lithium-ion battery, it is preferably provided that a storage capacity of the voltage source is smaller than a storage capacity of the energy storage device.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. In the following an embodiment of the invention is described.
  • FIG. 2 shows a schematic equivalent circuit diagram of a voltage source and an energy store
  • FIG. 3 shows a diagram with schematic characteristic curves for voltages which can arise according to the equivalent circuit diagram of FIG. 2, FIG.
  • Fig. 5 is a diagram for illustrating the method for the
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of each other, which also develop the invention independently of each other and thus also individually or in a different combination than shown as part of the invention.
  • the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1, which may be, for example, a motor vehicle, especially a passenger car, act.
  • the motor vehicle 1 has an electrical vehicle electrical system 2, in which a vehicle electrical system voltage U is provided, which can be provided, for example, between a positive line 3 of the vehicle electrical system 2 and a ground potential 4 of the motor vehicle 1.
  • the positive line 3 may be formed for example by a cable and / or a busbar.
  • the ground potential 4 may be formed, for example, by a frame and / or a carrier element of the motor vehicle 1.
  • an electrical supply device 5 and electrical consumers are electrically connected. Of the electrical loads only one electrical load 6 is shown in Fig. 1.
  • the supply device 5 has a voltage source 7 and an energy store 8.
  • the voltage source 7 may be, for example, a lithium-ion battery.
  • the energy store 8 may be, for example, a lead-acid battery, ie a lead-acid battery. Via the vehicle electrical system 2, the voltage source 7 and the energy store 8 are galvanically interconnected. connected, so permanently or permanently connected in parallel.
  • the vehicle electrical system voltage UO is generated by the voltage source 7 and the energy store 8.
  • the consumer 6 can be controlled by a control device 9 in such a way that the consumer 6 is started and switched off by the control device 9.
  • the consumer 6 may be, for example, an electric starter for an internal combustion engine (not shown) of the motor vehicle 1.
  • the control device 9 can be realized for example by an engine control unit. For example, be implemented by the control device 9, a start-stop operation of the motor vehicle 1 by means of the consumer 6 as a starter.
  • the vehicle electrical system voltage U0 has a greater voltage value than in the case that the supply current I0 flows with an amount greater than 0.
  • a current value Ustart of the vehicle electrical system voltage U0 can be detected by a voltage measuring device 10 in a manner known per se in the motor vehicle 1.
  • a control device 11 can determine whether the drop in the vehicle electrical system voltage U0 due to the supply current I0 can become so great that further consumers are impaired in their functionality. If this is the case, then a blocking signal 12 is generated by the control device 1, which causes in the control device 9 that the consumer 6 is not started.
  • the control device 9 thus represents a vehicle function, which is deactivated if it is detected by the control device 11 that the voltage drop would fall to a final value Uend of the vehicle electrical system voltage U0, which is smaller than a threshold or minimum voltage value Umin.
  • the controller 11 can predict the voltage dip, that is, the consumer 6 does not have to be activated first, but the voltage dip is predicted or predicted.
  • the control device 11 additionally determines a current value 13 of the presumably flowing supply current I0, as it may arise at the start or after the start of the consumer 6.
  • the current value 13 of the control device 11 can be communicated by the control device 9.
  • the control device 11 can be realized, for example, on the basis of a microcontroller or microprocessor.
  • Fig. 3 shows, depending on the state of charge L of the energy storage device 8 and a lithium-ion battery as a voltage source 7, the resulting vehicle electrical system voltage U0.
  • a generator (not shown) generates a charging voltage Uchar, which may be 15.5 volts, for example. Due to the charging voltage Uchar, the voltage source 7 is charged as a lithium-ion battery and the energy store 8. Due to the overvoltage effect, a lead-acid battery generates a total of itself, ie, without the charging voltage Uchar, at most one terminal voltage or vehicle electrical system voltage which is a maximum value Umax, for example 13.5 V, which is smaller than the charging voltage Uchar.
  • the energy store 8 If a larger voltage, such as the charging voltage Uchar is applied to the terminals of the energy accumulator 8, it no longer reacts with a charging current. In the same way, the energy store 8 also does not independently generate a discharge current in the event that the vehicle electrical system voltage U0 lies in a range between the charging voltage Uchar and the maximum value Umax of the vehicle electrical system voltage. This area is designated in FIG. 3 as the voltage phase SP1. Does the vehicle electrical system voltage U0 have a Voltage value which is equal to or smaller than the maximum value Umax, results in the energy storage 8 also a discharge current. This voltage situation, in which the energy store 8 also reacts with a discharge current, is referred to as the voltage phase SP2 in FIG.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate how the controller 11 predicts or forecasts the voltage drop 14 to the final value Uend, based on the current value Ustart of the vehicle electrical system voltage U0, even prior to the start of the consumer 6 on the basis of the current value 13 can.
  • FIG. 5 illustrates the case that the voltage phase SP1 is signaled by the current value Ustart of the vehicle electrical system voltage U0 as the starting situation.
  • the current value Ustart of the vehicle electrical system voltage U0 is greater than the maximum value Umax.
  • the control device 11 first determines a source current 11 which is generated exclusively by the current source 7 and which is so large that the maximum value Umax at the terminals of the voltage source 7 would result.
  • This source stream 11 is calculated as follows:
  • the voltage of the energy store 8 is composed of the internal voltage Ui2 and a (not shown) overvoltage, as it is known per se in connection with lead-acid batteries of the prior art.
  • the control device 11 thus provides a method for the predictive determination of the voltage drop 14 in the event of a current load of the vehicle electrical system 2 by a consumer 6 having a load current I0.
  • the supply current is provided by a plurality of electrical memories, namely the voltage source 7 and the energy store 8. Nevertheless, a correct prediction of the final value Uend of the vehicle electrical system voltage U0 is possible.
  • the voltage dip differs markedly because two different voltage phases SP1, SP2 can result.
  • the control device 1 differentiates between the voltage phases Sp1, Sp2 as a function of the current voltage position according to the voltage value Ustart when the current load is applied to the predictive estimation of the voltage drop 14.
  • the individual current distribution to the voltage source 7 and the energy store 8 is taken into account. This ensures that at any value Ustart for the vehicle electrical system voltage U0 for all possible current values 101, I02 of the supply current I0 and for each state of charge L, the voltage drop 14 can be determined predictively correct.
  • the described case distinction between the voltage phase SP1 and the voltage phase SP2 makes it possible to determine the voltage drop 14 exactly and independently of the starting voltage, as described by the voltage value 9, or the amperage load of the supply current I0. This ensures a prediction of the voltage drop 14 in the motor vehicle 1.
  • the voltage level of the operating point according to the current voltage value Ustart at the onset of the current load according to the supply current I0 is below or exactly equal to the voltage value of the rest voltage including the overvoltage of the energy storage 8, that is at or below the maximum value Umax.
  • the complete resting voltage curve of the energy storage 8 is covered by the voltage source 7. Therefore, in this case, the voltage dip 14 can be calculated by a parallel connection of the memory internal resistances Ri1, Ri2.
  • the determination of the voltage drop 14 can take place both for the voltage at the terminals of the voltage source 7 and the energy storage 8, depending on which circuit topology is assumed.
  • the voltage phase SP1 results as output phase or start phase.
  • the voltage drop 14 must be calculated separately from the operating point to the maximum value Umax.
  • the voltage source 7 takes over the complete current value 11 up to the voltage level or voltage level of the maximum value Umax.
  • the voltage phase SP2 is changed.
  • the voltage drop 14 from the voltage value or maximum value Umax to the final voltage value Uend is determined by the division of the remaining current Id on both according to their resistances Ri1, Ri2. This results in the partial streams 15, 16.
  • the example shows how the invention can provide a method for determining the voltage drop in a multi-battery vehicle electrical system in conventional motor vehicles.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen eines Spannungseinbruchs (14) in einem Bordnetz (2) vor einem geplanten Start eines Verbrauchers (6) in einem Kraftfahrzeug (1), wobei in dem Kraftfahrzeug (1) zum Betreiben des Verbrauchers (6) zumindest eine elektrische Spannungsquelle (7) und ein zu der zumindest einen Spannungsquelle (7) über das Bordnetz (3) parallel geschalteter Energiespeicher (8) vorgesehen sind und der Energiespeicher (8) weder einen Ladestrom aufnimmt noch einen Entladestrom erzeugt, falls eine Bordnetzspannung (U0) größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist. Dieses Verhalten des Energiespeichers (8) soll berücksichtigt werden. Die Erfindung sieht vor, dass bei dem Verfahren ein voraussichtlich nach dem Start von dem Verbraucher. (6) benötigter Versorgungsstrom (I0) ermittelt wird und ausgehend von einem aktuellen Wert (Ustart) der Bordnetzspannung (U0) ermittelt wird, welchen Anteil des Versorgungsstroms (I0) die zumindest eine Spannungsquelle (7) als Quellenstrom (I1) ohne den Energiespeicher (8) erzeugt, bis die Bordnetzspannung (U0) auf den Maximalwert (U0) abgesunken ist.

Description

Vorhersage eines Spannungseinbruchs in einem Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen eines Spannungseinbruchs oder einer Spannungsabsenkung in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bei einem geplanten Start eines Verbrauchers in dem Kraftfahrzeug. Das Verfahren ist für den Fall vorgesehen, dass der Verbraucher über ein Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei elektrische Energie zum einen durch zumindest eine Spannungsquelle und zum anderen durch einen zu der zumindest einen Spannungsquelle parallel geschalteten Energiespeicher bereitgestellt wird. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung der Geräte zum Bereitstellen von Fahrzeugfunktionen ist eine Leistungssteigerung der zentralen elektrischen Versorgungseinrichtung in Kraftfahrzeugen notwendig. Bisher ist die elektrische Versorgungseinrichtung nur durch eine sogenannte Starterbatterie, das heißt einen Bleiakkumulator, bereitgestellt, wenn das Kraftfahrzeug außer Betrieb ist, das heißt die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist. Eine Andere Bezeichnung für Bleiakkumulator ist Blei-Säure-Batterie. Bei laufender oder gestarteter Brennkraftmaschine ist zusätzlich ein Generator zum Bereitstellen einer Quellenspannung verfügbar. Um eine Leistungssteigerung der Versorgungseinrichtung zu erreichen, ist ein viel versprechender Ansatz, eine Mehr-Batterie-Versorgung in dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs vorzusehen. Hierbei kann ein im Verhältnis oder im Vergleich klein dimensionierter Hochleistungsspeicher, der in der Regel auf einer Lithium-Ionen-Batterie beruht, und ein im Verhältnis dazu größer di- mensionierter elektrischer Speicher in Form des bekannten Bleiakkumulators vorgesehen sein. Die direkte Verbindung der beiden Batterien erfolgt über das Bordnetz als Parallelschaltung. Zwar ist hierdurch die besagte gesteigerte Leistungsfähigkeit erreicht, aber es ergibt sich auch ein anderes Systemverhalten der elektrischen Versorgungseinrichtung. Wird ein elektrischer Verbraucher in Betrieb genommen und verbraucht deshalb einen elektrischen Strom aus dem Bordnetz, so hängt es von dem Zusammenspiel der parallel geschalteten Batterien ab, welche Bordnetzspannung sich in Reaktion auf den vom Verbraucher benötigten Versorgungsstrom einstellt. Dies möchte man aber nach Möglichkeit vorhersagen oder im Voraus wissen, damit notfalls der Start des Verbrauchers blockiert werden kann, falls der durch den Versorgungsstrom hervor- gerufene Spannungseinbruch den Betrieb anderer elektrischer Verbraucher stören würde. Mit anderen Worten ist man an einer Abschätzung des Spannungseinbruchs bei Belastung des Bordnetzes, insbesondere durch einen Hochleistungsverbraucher, wie beispielsweise einem elektrischen Starter oder einem Kompressormotor, interessiert.
Aus der DE 102 32 539 A1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen beim Zuschalten von elektrischen Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug bekannt. Nach einer Einschaltanforderung wird die im Bordnetz verfügbare Spitzenleistung ermittelt und der Einschaltzeitpunkt für den Verbraucher zeitlich dahingehend verzögert, dass zum Einschaltzeitpunkt die von dem Verbraucher benötigte Spitzenleistung auch garantiert bereitsteht.
Aus der DE 10 2011 054 582 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Generator und zwei elektrischen Batterien bekannt, wobei Leitungspfade zum Führen von elektrischen Strömen durch eine Schalteinrichtung des Kraftfahrzeugs festgelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einer Parallelschaltung aus zumindest einer Span- nungsquelle und einem Energiespeicher einen Spannungseinbruch zu prädi- zieren, wie er sich bei einem Start eines elektrischen Verbrauchers ergeben kann.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprü- che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Vorhersagen des Spannungseinbruchs in dem elektrischen Bordnetz bei einem geplanten Start eines Ver- brauchers in dem Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren geht davon aus, dass in dem Kraftfahrzeug zum Betreiben des Verbrauchers zumindest eine elektrische Spannungsquelle und ein zu der zumindest einen Spannungsquelle über das Bordnetz parallel geschalteter Energiespeicher vorge- sehen sind. Unter einer Parallelschaltung ist hierbei zu verstehen, dass die zumindest eine Spannungsquelle und der Energiespeicher permanent oder dauerhaft durch elektrische Leitelemente des Bordnetzes galvanisch verbunden sind. Es ist also kein Schalter zum elektrischen Entkoppeln oder Trennen des Energiespeichers von dem Bordnetz und/oder der zumindest einen Spannungsquelle vorgesehen. Der Energiespeicher weist dabei die Eigenschaft auf, dass er keinen (nennenswerten) Ladestrom aufnimmt und keinen Entladestrom erzeugt, falls die Bordnetzspannung größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist. Ein solcher Energiespeicher ist beispielsweise durch die beschriebenen Bleiakkumulator gegeben, an welchen zwar bei- spielsweise eine Ladespannung von 15 Volt angelegt werden kann, dies aber nicht dazu führt, dass sich auch die Ruhespannung in den galvanischen Zellen des Bleiakkumulators tatsächlich auf diese Ladespannung einstellt. Stattdessen steigt die Klemmenspannung des Bleiakkumulators nur bei angelegter Ladespannung auf die 15 Volt. Entfernt man die Spannungsquelle, fällt die Klemmenspannung zurück auf eine Maximalspannung, ohne dass dazu ein relevanter Enteladestrom fließen müsste. Grund dafür ist die sogenannte Überspannung von Bleiakkumulatoren. Der Wert der Maximalspannung, d.h. der Maximalwert, ist von der Vorgeschichte und der Batterietechnologie des Bleiakkumulators abhängig. Der Maximalwert kann z.B. mittels einer Kennlinie ermittelt werden. Beispielsweise kann der Maximalwert in einem Bereich von 12,8 Volt bis 13,5 Volt liegen.
Bei dem Verfahren wird ein voraussichtlich nach dem Start von dem Verbraucher benötigter Versorgungsstrom ermittelt. Ausgehend von einem aktu- eilen Wert der Bordnetzspannung wird ermittelt, welchen Anteil dieses Versorgungsstroms die zumindest eine Spannungsquelle als Quellenstrom ohne den Energiespeicher erzeugt, bis die Bordnetzspannung auf den besagten Maximalwert abgesunken ist. Solange also die Bordnetzspannung größer als der Maximalwert ist, wird der Versorgungsstrom für den Verbraucher aus- schließlich durch die zumindest eine Spannungsquelle bereitgestellt. Hierbei sinkt in an sich bekannter Weise die Bordnetzspannung aufgrund des Innenwiderstands der zumindest einen Spannungsquelle. Mit anderen Worten kommt es zu dem Spannungseinbruch im Bordnetz. Durch das Verfahren wird ermittelt, welchen Anteil des Versorgungsstroms die zumindest eine Spannungsquelle liefert, bis der Maximalwert erreicht ist, also die Bordnetzspannung auf den Maximalwert abgesunken ist.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die individuelle Stromauftei- lung zwischen der zumindest einen Spannungsquelle einerseits und dem Energiespeicher andererseits berücksichtigt wird. Hierzu wird ermittelt, wie viel des benötigten Versorgungsstrom allein durch die zumindest eine Spannungsquelle bereitgestellt oder erzeugt wird, bevor überhaupt die Bordnetzspannung derart weit eingebrochen oder gesunken ist, dass auch der Ener- giespeicher mit einem Entladestrom reagiert, weil die Bordnetzspannung kleiner als der Maximalwert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei abgeschaltetem Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein.
Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Quellenstrom der zumindest einen Spannungsquelle auf der Grundlage eines jeweiligen Innenwiderstands der zumindest einen Spannungsquelle ermittelt wird. Der Spannungseinbruch von dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung bis herunter zum Maximalwert wird ausschließlich auf der Grundlage des jeweiligen Innenwiderstands der zumindest einen Spannungsquelle ermittelt, ohne den Innenwiderstand des Energiespeichers zu berücksichtigen. Der Spannungseinbruch wird mit anderen Worten unabhängig von Innenwiderstand des Energiespeichers ermittelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nicht fälschlicher Weise ein Einfluss des Energiespeichers schon im Spannungsbereich oberhalb des Maximalwerts angenommen wird, wie dies bei einer pauschalen Berechnung aus einer Parallelschaltung der zumindest einen Spannungsquelle und dem Energiespeicher ansonsten der Fall wäre.
Mit dem Quellenstrom allein ist derjenige Anteil des Versorgungsstroms gemeint, der fließt, so dass aufgrund des Innenwiderstands der zumindest ei- nen Spannungsquelle die Bordnetzspannung von dem aktuellen Wert auf den Maximalwert sinkt. Es kann sein, dass dies nicht ausreicht, um den gesamten Versorgungsstrom bereitzustellen. Eine Weiterbildung sieht zusätzlich vor, dass ein Reststrom Id zwischen dem ermittelten Versorgungsstrom I0 und dem Quellenstrom 11 ermittelt wird und ausgehend von dem besagten Maximalwert Umax ermittelt wird, welcher Endwert Uend der Bordnetzspannung sich bei einer parallelen Stromabgabe der zumindest einen Spannungsquelle und des Energiespeichers ergibt. Reicht also der Quellenstrom 11 alleine nicht aus, so ergibt sich als der Reststrom Id = I0 - 11. Dieser zu- sätzliche Entladungsstrom wird dann sowohl durch die zumindest eine Spannungsquelle als auch den Energiespeicher gemeinsam bereitgestellt, da ja der maximale Spannungswert Umax erreicht und unterschritten wird. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass die Änderung des Systemverhaltens der elektrischen Versorgungseinrichtung gebildet aus der zu- mindest einen Spannungsquelle und dem Energiespeicher tatsächlich genau dann berücksichtigt wird, wenn sich ein Phasenübergang oder ein Phasenwechsel von der Versorgung ausschließlich durch die zumindest eine Spannungsquelle einerseits (Bordnetzspannung größer als der Maximalwert) hin zu der gemeinsamen Versorgung durch die zumindest eine Spannungsquelle und den Energiespeicher andererseits (Bordnetzspannung kleiner als der Maximalwert) ergibt.
Eine Weiterbildung hierzu sieht vor, dass der Endwert Uend auf der Grundlage einer Parallelschaltung der jeweiligen Innenwiderstände Ri1 der zumin- dest einen Spannungsquelle und des Innenwiderstands Ri'2 des Energiespeichers ermittelt wird. Dies ergibt also eine Parallelschaltung oder einen Parallelschaltungswiderstand Rp aus dem Innenwiderstand Ri1 und dem Innenwiderstand Ri2, was auch notiert wird als Rp = Ri1 || Ri2. Damit ergibt sich also insgesamt der Endwert Uend für die Bordnetzspannung als U- end = Umax - Id Rp.
Eine Weiterbildung hierzu sieht vor, dass es auch vorkommen kann, dass der aktuelle Wert der Bordnetzspannung bereits kleiner als der Maximalwert ist. Dann gibt es nur die zweite Spannungsphase, in der die parallele oder gemeinsame Versorgung des Verbrauchers sowohl durch die zumindest eine Spannungsquelle als auch den Energiespeicher erfolgt. Bei dieser Weiterbildung wird also ausschließlich die parallele Stromabgabe berücksichtigt, falls der aktuelle Wert der Bordnetzspannung kleiner als der Maximalwert ist. Somit ist das Verfahren flexibel auf alle Spannungsfälle anwendbar.
Eine Weiterbildung betrifft den Fall, dass ein kritischer Spannungseinbruch erkannt wird, durch welchen die Funktionstüchtigkeit anderer elektrischer Verbraucher gefährdet oder beeinträchtigt wird. Bei dieser Weiterbildung plant den Start der Verbraucher eine Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann es sich bei der Fahrzeugfunktion um eine Start-Stopp- Funktion für einen Motorstart eines Verbrennungsmotors handeln. Die Start- Stopp-Funktion schaltet den Verbrennungsmotor ab, wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise an einer Ampel steht. Dies ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Fahrzeugfunktion wird bei der Weiterbildung desakti- viert, falls der Endwert der Bordnetzspannung, wie er aufgrund des Versorgungsstroms des elektrischen Starters des Verbrennungsmotors pradiziert wird, kleiner als ein vorbestimmter Mindestspannungswert Umin ist. Mit anderen Worten wird also beispielsweise die Start-Stopp-Funktion desaktiviert, so dass der Verbrennungsmotor an einer Ampel stets durchgehend betrieben wird oder läuft. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch den Start des Verbrauchers die anderen elektrischen Verbraucher nicht beeinträchtigt oder in ihrer Funktionsweise gestört werden. Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Energiespeicher ein Bleiakkumulator ist und als der Maximalwert eine maximale Ruhespannung zuzüglich einer Überspannung des Bleiakkumulators zugrundgelegt wird. Bleiakkumulatoren weisen das beschriebene elektrische Verhalten auf, dass an ihren Klemmenanschlüssen zwar eine Spannung größer als der Maximalwert angelegt wer- den kann, dies aber bei dem Bleiakkumulator keine nennenswerte Reaktion dahingehend hervorruft, dass ein Ladestrom in den Bleiakkumulator fließen würde. Genauso wird bei einer Absenkung der Klemmenspannung, die oberhalb des Maximalwerts stattfindet, auch kein signifikanter Entladestrom oder Ausgleichsstrom hervorgerufen. Der Bleiakkumulator reagiert mit einem Stromfluss erst, wenn es zu Spannungsänderungen unterhalb des Maximalwerts kommt.
Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist in der beschriebenen Weise zum Betrei- ben eines elektrischen Verbrauchers zumindest eine elektrische Spannungsquelle und einen zu der zumindest einen Spannungsquelle über ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs parallel geschalteten Energiespeicher auf. Der Energiespeicher blockiert in der beschriebenen Weise bei einer Bordnetzspannung größer als ein vorbestimmter Maximalwert einen Ladestrom in und einen Ent- ladestrom aus dem Energiespeicher. Hierbei handelt es sich um ein elektrochemisches Phänomen oder Verhalten des Energiespeichers, wie es in der beschriebenen Weise von einem Bleiakkumulator bekannt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist eine Steuereinrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, zum Vorhersagen eines Spannungseinbruchs vor ei- nem geplanten Start des elektrischen Verbrauchers eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrollers oder eines Mikroprozessors realisiert sein. Die Steuereinrichtung kann insbesondere ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein.
Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Energiespeicher insbesondere um einen Bleiakkumulator. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Spannungsquelle eine Lithium-Ionen-Batterie und/oder einen Generator und/oder einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) umfasst. Diese Span-nungsquellen weisen im Vergleich zu einem Bleiakkumulator ein deutlich anderes Reaktionsverhalten auf einen Start eines Verbrauchers auf, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug die Vorhersage des Spannungseinbruchs hier besonders sinnvoll und vorteilsbringend ist. Für den Fall, dass die Spannungsquelle eine Lithium-Ionen-Batterie ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Speicherkapazität der Spannungsquelle kleiner als eine Speicherkapazität des Energie- Speichers ist.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet. Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Hierzu zeigt:
Fig. 1. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 ein schematisiertes Ersatzschaltbild einer Spannungsquelle und eines Energiespeichers,
Fig. 3 ein Diagramm mit schematisierten Kennlinien für Spannungen, die gemäß dem Ersatzschaltbild von Fig. 2 entstehen können,
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass ein aktu- eller Wert einer Bordnetzspannung kleiner als ein Maximalwert ist,
Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens für den
Fall, dass der aktuelle Wert der Bordnetzspannung größer als der Maximalwert ist.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbei- spiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschrie- bene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 , bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein elektrisches Bordnetz 2 auf, in welchem eine Bordnetzspannung U bereitgestellt ist, die beispielsweise zwischen einer Pluslei- tung 3 des Bordnetzes 2 und einem Massepotential 4 des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt sein kann.
Die Plusleitung 3 kann beispielsweise durch ein Kabel und/oder eine Stromschiene gebildet sein. Das Massepotential 4 kann beispielsweise durch einen Rahmen und/oder ein Trägerelement des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein. Über das Bordnetz 2 sind eine elektrische Versorgungseinrichtung 5 und elektrische Verbraucher miteinander elektrisch verbunden. Von den elektrischen Verbrauchern ist in Fig. 1 nur ein elektrischer Verbraucher 6 dargestellt. Die Versorgungseinrichtung 5 weist in dem gezeigten Beispiel eine Spanungsquelle 7 und einen Energiespeicher 8 auf. Bei der Spannungsquelle 7 kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln. Bei dem Energiespeicher 8 kann es sich beispielsweise um einen Bleiakkumulator, d.h. eine Blei-Säure-Batterie, handeln. Über das Bordnetz 2 sind die Spannungsquelle 7 und der Energiespeicher 8 galvanisch miteinander dau- erhaft verbunden, also dauerhaft oder permanent parallel geschaltet. Die Bordnetzspannung UO wird durch die Spannungsquelle 7 und den Energiespeicher 8 erzeugt. Der Verbraucher 6 kann durch eine Kontrolleinrichtung 9 dahingehend gesteuert sein, dass durch die Kontrolleinrichtung 9 der Ver- braucher 6 gestartet und abgeschaltet wird. Der Verbraucher 6 kann beispielsweise ein elektrischer Starter für einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 sein. Die Kontrolleinrichtung 9 kann beispielsweise durch ein Motorsteuergerät realisiert sein. Beispielsweise kann durch die Kontrolleinrichtung 9 ein Start-Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 mittels des Verbrauchers 6 als Starter realisiert sein.
Beim Einschalten oder Aktivieren des Verbrauchers 6 durch die Kontrolleinrichtung 9 verbraucht oder benötigt der Verbraucher 6 einen Versorgungsstrom I0. In Abhängigkeit von einer Stromstärke des Versorgungsstroms I0 ergibt sich ein Spannungswert der Bordnetzspannung UO. Grund dafür ist, dass ein Teil der von der Spannungsquelle 7 und dem Energiespeicher 8 erzeugten elektrischen Spannung in einem jeweiligen Innenwiderstand Ri1 , Ri2 abfällt. In Fig. 2 ist hierzu veranschaulicht, wie eine Innenspannung UM , Ui2, wie sie durch die Spannungsquelle 7 oder den Energiespeicher 8 erzeugt wird, bei einem Stromfluss teilweise die Innenwiderstandsspannung Uri1 , Uri2 innerhalb der Spannungsquelle 7 und des Energiespeichers 8 abfällt, so dass die Bordnetzspannung U0 der Differenz aus der Innenspannung UM , Ui2 und der Innenwiderstandsspannung Uri1 , Uri2 entspricht.
Fließt also der Versorgungsstrom I0 nicht, so weist die Bordnetzspannung U0 einen größeren Spannungswert auf als in dem Fall, dass der Versorgungsstrom I0 mit einem Betrag größer als 0 fließt.
Ein aktueller Wert Ustart der Bordnetzspannung U0 kann durch eine Spannungsmesseinrichtung 10 in an sich bekannter Weise im Kraftfahrzeug 1 er- fasst werden. Eine Steuereinrichtung 11 kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Werten Ustart der Bordnetzspannung U0 ermitteln, ob das Absinken der Bordnetzspannung U0 aufgrund des Versorgungsstroms I0 derart groß werden kann, dass weitere Verbraucher in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden. Ist dies der Fall, so wird ein Blockiersignal 12 durch die Steuereinrichtung 1 erzeugt, welches in der Kontrolleinrichtung 9 veranlasst, dass der Verbraucher 6 nicht gestartet wird. Die Kontrolleinrichtung 9 stellt somit eine Fahrzeugfunktion dar, die desaktiviert wird, falls durch die Steuereinrichtung 11 erkannt wird, dass der Spannungseinbruch auf einen Endwert Uend der Bordnetzspannung U0 absinken würde, der kleiner als ein Schwellenwert oder Mindestspannungswert Umin ist.
Die Steuereinrichtung 11 kann den Spannungseinbruch vorhersagen, das heißt der Verbraucher 6 muss nicht erst aktiviert werden, sondern der Spannungseinbruch wird prädiziert oder vorhergesagt. Hierzu ermittelt die Steuereinrichtung 11 zusätzlich einen Stromwert 13 des voraussichtlich fließenden Versorgungsstroms I0, wie er sich beim Start oder nach dem Start des Verbrauchers 6 ergeben kann. Beispielsweise kann der Stromwert 13 der Steuereinrichtung 11 durch die Kontrolleinrichtung 9 mitgeteilt werden. Die Steuereinrichtung 11 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Mikrocontrol- lers oder Mikroprozessors realisiert sein.
Im Folgenden ist anhand von Fig. 3 veranschaulicht, welches Problem sich bei der Prognose oder Vorhersage des Endwerts Uend der Bordnetzspannung U0 ergibt, wenn zwei technologisch unterschiedliche elektrische Leistungsquellen, nämlich die Spannungsquelle 7 und der Energiespeicher 8, in der elektrischen Versorgungseinrichtung 5 zum Bereitstellen des Versorgungsstroms I0 bereitgestellt sind.
Fig. 3 zeigt in Abhängigkeit von dem Ladezustand L des Energiespeichers 8 und einer Lithium-Ionen-Batterie als Spannungsquelle 7 die sich ergebende Bordnetzspannung U0 an. Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt ein Generator (nicht dargestellt) eine Ladespannung Uchar, die beispielsweise 15,5 Volt betragen kann. Aufgrund der Ladespannung Uchar werden die Spannungsquelle 7 als Lithium-Ionen-Batterie und der Energiespeicher 8 aufgeladen. Ein Bleiakkumulator erzeugt aufgrund des Überspan- nungs-Effekts insgesamt von selbst, also ohne die Ladespannung Uchar insgesamt höchstens eine Klemmenspannung oder Bordnetzspannung, die einen Maximalwert Umax beträgt, z.B. 13,5 V, die kleiner als die Ladespannung Uchar ist. Wird eine größere Spannung, wie die Ladespannung Uchar an den Anschlüssen des Energiespeichers 8 angelegt, so reagiert dieser nicht mehr mit einem Ladestrom. Genauso erzeugt der Energiespeicher 8 auch selbständig keinen Entladestrom für den Fall, dass die Bordnetzspannung U0 in einem Bereich zwischen der Ladespannung Uchar und dem Maximalwert Umax der Bordnetzspannung liegt. Dieser Bereich ist in Fig. 3 als Spannungsphase SP1 bezeichnet. Weist die Bordnetzspannung U0 einen Spannungswert auf, der gleich oder kleiner als der Maximalwert Umax ist, ergibt sich an dem Energiespeicher 8 ebenfalls ein Entladestrom. Diese Spannungssituation, in welcher auch der Energiespeicher 8 mit einem Entladestrom reagiert, wird als Spannungsphase SP2 in Fig. 3 bezeichnet.
Fig. 4 und Fig. 5 veranschaulichen, wie durch die Steuereinrichtung 11 der ausgehend von dem aktuellen Wert Ustart der Bordnetzspannung U0 bereits vor dem Start des Verbrauchers 6 auf der Grundlage des Stromwerts 13 der Spannungseinbruch 14 auf den Endwert Uend prognostiziert oder vorherge- sagt werden kann.
Fig. 4 veranschaulicht hierbei, dass durch den aktuellen Wert Ustart bereits die Spannungsphase SP2 vorliegt, das heißt der Wert Ustart kleiner oder gleich dem Maximalwert Umax ist. Fig. 4 veranschaulicht zwei Fälle für den Versorgungsstrom I0. In einem ersten Fall beträgt der Stromwert 13 für den Versorgungsstrom I0 den Wert 101. Für einen zweiten Fall beträgt der Stromwert 13 für den Versorgungsstrom I0 den Stromwert I02, der größer als der Stromwert 101 ist. Da die Spannungsphase 2 vorliegt, geht die Steuereinrichtung 13 davon aus, dass der Versorgungsstrom I0 sowohl von der Span- nungsquelle 7 als auch dem Energiespeicher 8 bereitgestellt wird. Es ergibt sich also jeweils ein Teilstrom 15, 16. Der Versorgungsstrom I0 teilt sich auf die Teilströme 5, 16 dabei umgekehrt proportional zu den Innenwiderständen Ri1 , Ri2 der Spannungsquelle 7 und des Energiespeichers 8 auf. Falls also der aktuelle Spannungswert 9 direkt oder unmittelbar die Spannungs- phase 2 signalisiert, so ergibt sich folgender Endwert:
SP2: Uend = Ustart - I0 Rp, wobei Rp = Ri1 || Ri2 (parallel geschaltete Widerstände).
Fig. 5 veranschaulicht den Fall, dass durch den aktuellen Wert Ustart der Bordnetzspannung U0 als Ausgangssituation die Spannungsphase SP1 signalisiert wird. Mit anderen Worten ist der aktuelle Wert Ustart der Bordnetzspannung U0 größer als der Maximalwert Umax. Fig. 5 veranschaulicht hier- bei, dass vor dem Start des Verbrauchers 6 (I0 = 0) die Spannungsquelle 7 einen aktiven Beitrag zum Stützen der Bordnetzspannung U0 leisten kann, während der Energiespeicher 8 solange inaktiv ist, das heißt keinen Entladestrom erzeugt, solange die Bordnetzspannung U0 größer als der Maximal- wert Umax ist. Daher ist der Energiespeicher 8 auf den Maximalwert Umax festgelegt.
Ist nun ein Versorgungsstrom 10 mit einem Stromwert 101 vorgesehen, der verhältnismäßig klein ist, so wird die Bordnetzspannung U0 ausschließlich durch die Spannungsquelle 7 gestützt und es ergibt sich folgender Endwert:
SP1 : Uend = Ustart - 101 Ri1 Der Endwert Uend liegt somit immer noch oberhalb des Maximalwerts Umax.
Bei einem großen Versorgungsstrom I0 mit einem Stromwert I02 größer als der Stromwert 101 kann ein Wechsel von der Spannungsphase SP1 zur Spannungsphase SP2 erfolgen, wie dies in Fig. 5 rechts veranschaulicht ist. Um auch hier den Endwert Uend korrekt zu prognostizieren, ermittelt die Steuereinrichtung 11 zunächst einen Quellenstrom 11 , der ausschließlich durch die Stromquelle 7 erzeugt wird und der derart groß ist, dass sich der Maximalwert Umax an den Klemmen der Spannungsquelle 7 ergeben würde. Dieser Quellenstrom 11 berechnet sich wie folgt:
SP1 + Sp2: 11 = (Ustart - Umax) / Ri1
Falls der Quellenstrom 11 kleiner als der geplante Versorgungsstrom I02 ist, so wird ein Differenzstrom oder Reststrom berechnet:
SP1 + Sp2: Id = 10 - 11
Ausgehend von dem Maximalwert Umax wird dann wieder die Spannungsphase 2 angenommen, wobei nun ausgegangen wird von dem Maximalwert Umax:
SP1 + Sp2: Uend = Umax - Id Rp
Zu beachten hierbei ist, dass die Spannung des Energiespeichers 8 sich aus der Innenspannung Ui2 und einer (nicht veranschaulichten) Überspannung zusammensetzt, wie sie an sich im Zusammenhang mit Bleiakkumulatoren aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch die Steuereinrichtung 11 wird somit eine Methode zur prädiktiven Ermittlung des Spannungseinbruchs 14 bei Strombelastung des Bordnetzes 2 durch einen Verbraucher 6 mit einem Verbraucherstrom I0 bereitgestellt. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass der Versorgungsstrom durch meh- rere elektrische Speicher, nämlich die Spannungsquelle 7 und den Energiespeicher 8, bereitgestellt wird. Dennoch ist eine korrekte Prädiktion des Endwerts Uend der Bordnetzspannung U0 möglich. Abhängig von dem beim Einsetzen der Strombelastung im Bordnetz 2 anliegenden Wert Ustart der Bordnetzspannung U0 unterscheidet sich der Spannungseinbruch deutlich, weil sich zwei unterschiedliche Spannungsphasen SP1 , SP2 ergeben können. Durch die Steuereinrichtung 1 wird in Abhängigkeit von der aktuellen Spannungslage gemäß dem Spannungswert Ustart bei Einsetzen der Strombelastung zur prädiktiven Schätzung des Spannungseinbruchs 14 zwischen den Spannungsphasen Sp1 , Sp2 entsprechend unterschieden. Ab- hängig von den Eigenschaften der eingesetzten elektrischen Versorgungseinrichtung 5, also der Spannuhgsquelle 7 und dem Energiespeicher 8, wird die individuelle Stromaufteilung auf die Spannungsquelle 7 und den Energiespeicher 8 berücksichtigt. Somit wird sichergestellt, dass bei einem beliebigen Wert Ustart für die Bordnetzspannung U0 für alle möglichen Stromwerte 101 , I02 des Versorgungsstroms I0 und für jeden Ladezustand L der Spannungseinbruch 14 prädiktiv korrekt ermittelt werden kann.
Die beschriebene Fallunterscheidung zwischen der Spannungsphase SP1 und der Spannungsphase SP2 ermöglicht es, den Spannungseinbruch 14 exakt und unabhängig von der Startspannung, wie sie der Spannungswert 9 beschreibt, beziehungsweise der Stromstärkelast des Versorgungsstroms I0 bestimmen zu können. Damit ist eine Prädiktion des Spannungseinbruchs 14 im Kraftfahrzeug 1 sichergestellt. Das Spannungsniveau des Arbeitspunktes gemäß dem aktuellen Spannungswert Ustart bei Einsetzen der Strombelastung gemäß dem Versorgungsstrom I0 befindet sich unterhalb oder exakt auf Höhe des Spannungswerts der Ruhespannung inklusive der Überspannung des Energiespeichers 8, das heißt auf Höhe oder unterhalb des Maximalwerts Umax. Die komplette Ruhespannungskurve des Energiespeichers 8 wird durch die Spannungsquelle 7 abgedeckt. Daher kann in diesem Fall der Spannungseinbruch 14 durch eine Parallelschaltung der Speicherinnenwiderstände Ri1 , Ri2 berechnet werden. Die Bestimmung des Spannungseinbruchs 14 kann dabei sowohl für die Spannung an den Klemmen der Spannungsquelle 7 als auch des Energiespeichers 8 erfolgen, je nachdem von welcher Verschaltungstopologie ausgegangen wird.
In dem Fall, dass das Spannungsniveau des aktuellen Arbeitspunktes gemäß dem Spannungswert Ustart bei Einsätzen der Strombelastung gemäß dem Versorgungsstrom I0 sich oberhalb des Maximalwerts Umax befindet, ergibt sich die Spannungsphase SP1 als Ausgangsphase oder Startphase. Hier muss der Spannungseinbruch 14 vom Arbeitspunkt bis zum Maximalwert Umax getrennt berechnet werden. Hier übernimmt die Spannungsquelle 7 den kompletten Stromwert 11 bis zum Spannungspegel oder Spannungslevel des Maximalwerts Umax. Dann wird in die Spannungsphase SP2 gewechselt. Hier wird der Spannungseinbruch 14 vom Spannungswert oder Maximalwert Umax bis zum endgültigen Spannungswert Uend durch die Aufteilung des verbleibenden Reststromes Id auf beide entsprechend ihren Widerständen Ri1 , Ri2 ermittelt. Es resultieren die Teilströme 15, 16.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Methode zur Er- mittlung des Spannungseinbruchs bei einem Mehr-Batterie-Bordnetz in konventionellen Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Verfahren zum Vorhersagen eines Spannungseinbruchs (14) in einem Bordnetz (2) vor einem geplanten Start eines Verbrauchers (6) in einem Kraftfahrzeug (1), wobei in dem Kraftfahrzeug (1 ) zum Betreiben des Verbrauchers (6) zumindest eine elektrische Spannungsquelle (7) und ein zu der zumindest einen Spannungsquelle (7) über das Bordnetz (3) parallel geschalteter Energiespeicher (8) vorgesehen sind und der Energiespeicher (8) weder einen Ladestrom aufnimmt noch einen Entlade- strom erzeugt, falls eine Bordnetzspannung (UO) des Bordnetzes (3) größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist,
wobei bei dem Verfahren
- ein voraussichtlich nach dem Start von dem Verbraucher (6) benötigter Versorgungsstrom (I0) ermittelt wird,
- ausgehend von einem aktuellen Wert (Ustart) der Bordnetzspannung (UO) ermittelt wird, welchen Anteil des Versorgungsstroms (I0) die zumindest eine Spannungsquelle (7) als Quellenstrom (11 ) ohne den Energiespeicher (8) erzeugt, bis die Bordnetzspannung (UO) auf den Maximalwert (UO) abgesunken ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Quellenstrom (11 ) auf der Grundlage eines jeweiligen Innenwiderstands (Ri1 ) der zumindest einen Spannungsquelle (7) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reststrom ((d) zwischen dem ermittelten Versorgungsstrom (I0) und dem Quellenstrom (11 ) ermittelt wird und ausgehend von dem Maximalwert (Umax) ermittelt wird, welcher Endwert (Uend) der Bordnetzspannung (UO) sich bei einer parallelen Stromabgabe der zumindest einen Spannungsquelle (7) und des Energiespeichers (8) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Endwert (Uend) auf der Grundlage einer Parallelschaltung der jeweiligen Innenwiderstände (Ri1 ) der zumindest einen Spannungsquelle (7) und des Innenwiderstands (Ri2) des Energiespeichers (8) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ausschließlich die parallele Stromabgabe berücksichtig wird, falls der aktuelle Wert (Ustart) der Bordnetzspannung (UO) kleiner als der Maximalwert (Umax) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine Fahrzeugfunktion (9) des Kraftfahrzeugs (1 ) den Start des Verbrauchers (6) plant und die Fahrzeugfunktion (9) desaktiviert wird, falls der Endwert (Uend) kleiner als ein vorbestimmter Mindestspannungswert (Umin) ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (8) ein Bleiakkumulator ist und als der Maximalwert (Umax) eine maximale Ruhespannung zuzüglich einer Überspannung des Bleiakkumulators zugrunde gelegt wird.
8. Kraftfahrzeug (1 ), wobei in dem Kraftfahrzeug (1 ) zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers (8) zumindest eine elektrische Spannungsquelle (7) und ein zu der zumindest einen Spannungsquelle (7) über ein Bordnetz (2) der Kraftfahrzeugs (1 ) parallel geschalteter Energiespeicher (8) vorgesehen sind und der Energiespeicher (8) bei einer Bordnetzspannung (U0) größer als ein vorbestimmter Maximalwert (Umax) einen Ladestrom in und einen Entladestrom aus dem Energiespeicher (8) blockiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuereinrichtung (11 ) bereitgestellt ist, die dazu eingerichtet ist, zum Vorhersagen eines Spannungseinbruchs (14) vor einem geplanten Start des Verbrauchers (6) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Kraftfahrzeug (1 ) nach Anspruch 8, wobei der Energiespeicher (8) ein Bleiakkumulator ist.
10. Kraftfahrzeug (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zumindest eine Spannungsquelle (7) eine Lithium-Ionen-Batterie und/oder einen Generator und/oder einen Gleichspannungswandler umfasst.
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