DE102004052905A1

DE102004052905A1 - Energiemanagementsystem und ein Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE102004052905A1
Application number: DE200410052905
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Dr. Graf; Markus Gentzsch; Marc Rafalowicz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: WO2006048397A2; WO2006048397A3; DE102004052905B4

Abstract

Ein Energiemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug enthält eine Batterie, die ein Steuergerät speist, eine mit der Batterie gekoppelte Batteriemonitorvorrichtung zum Ermitteln eines Ladezustands der Batterie und einen Ruhestrommanager, der in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie eine Anweisung an das Steuergerät sendet zum Ansteuern eines mit dem Steuergerät verbundenen Verbrauchers. In Antwort auf die Anweisung sendet das Steuergerät eine Rückmeldung an den Ruhestrommanager, die kennzeichnend ist für einen Zustand des Steuergeräts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem und ein Verfahren hierfür, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit verschiedenen Stromverbrauchern, wobei das System und das Verfahren ein mehrstufiges Abschalten dieser Stromverbraucher erlauben.
Nach dem Abstellen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs wird das Kraftfahrzeug normalerweise nur durch seinen Akkumulator (im Folgenden auch als Batterie bezeichnet) mit elektrischer Energie versorgt. Der nach einigen Stunden, Tagen oder Wochen noch verbleibende Ladezustand der Batterie muss zumindest noch zum Starten des Verbrennungsmotors ausreichen. Hierzu muss der Verbrauch an elektrischer Energie nach dem Abstellen des Fahrzeugs auf ein Minimum reduziert werden, ohne Komfortfunktionen, wie etwa Innenraumbeleuchtung, Standlicht, etc. pauschal in ihrer Leistungsaufnahme zu reduzieren.
Eine herkömmliche Lösung des oben genannten Problems liegt darin, die Benutzbarkeit einer Vielzahl von Komfortfunktionen entweder zeitlich zu limitieren oder durch dauerhafte Trennung von der Batterie ganz zu verhindern. Ähnliches gilt für die diese Funktionen kontrollierenden Steuergeräte. Da diese Steuergeräte jedoch permanent in Bereitschaft sind, verbrauchen diese Steuergeräte auch Strom, ohne dass eine Funktion tatsächlich ausgeführt wird.
Eine andere bereits bekannte Möglichkeit liegt darin, Steuergeräte zu verwenden, die nicht dauerhaft mit Energie versorgt werden. Erst nach einem Weckkommando von außen werden beispielsweise ein Prozessor oder zusätzliche Leistungstreiber mit Energie versorgt. In der Praxis kommt es jedoch häufig vor, dass die Steuergeräte fälschlicherweise Wecksignale empfangen (Fehler in Hard- oder Software, nicht spezifizierte Ausnahmesituationen, etc.) oder dass ein Fehler in Hard- oder Software eine Abschaltung der Energieversorgung verhindert. In einer derartigen Situation kann der Stromverbrauch hoch sein, eine Abschaltung unter Umständen aber nicht möglich sein, da der Fehler zu diesem Zeitpunkt nicht diagnostizierbar ist.
Bekannt ist auch die Möglichkeit, Steuergeräte oder Teilbordnetze in Abhängigkeit vom Batteriezustand abzuschalten. Beispielsweise werden bei einem gegebenen Batteriezustand Funktionen mit niedriger Priorität eher als solche mit hoher Priorität abgeschaltet. Dies setzt allerdings voraus, dass die Steuergeräte diese Signale zum Abschalten bestimmter Funktionen auch tatsächlich erhalten.

Die DE 199 52 112 offenbart die Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 6.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Systems, das sicherstellt, dass bestimmte Funktionen eines Steuergeräts trotz eines Hardware- oder Softwarefehlers des Steuergeräts abgeschaltet werden können, sowie eines Verfahrens hierfür.

Die Lösung der gestellten Aufgabe in Bezug auf das System ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Die Lösung der gestellten Aufgabe in Bezug auf das Verfahren ist dem Patentanspruch 6 zu entnehmen.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung enthält das Energiemanagementsystem eine Batterie, die ein Steuergerät speist. Eine Batteriemonitorvorrichtung ist mit der Batterie gekoppelt, um einen Ladezustand der Batterie zu ermitteln. In Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand der Batterie sendet ein Ruhestrommanager eine Anweisung an das Steuergerät, um einen mit dem Steuergerät verbundenen Verbraucher anzusteuern. In Antwort auf die Anweisung von dem Ruhestrommanager sendet das Steuergerät eine Rückmeldung, die einen Zustand des Steuergeräts kennzeichnet. Diese Rückmeldung gibt beispielsweise Auskunft darüber, dass das Steuergerät die Anweisung korrekt empfangen hat, oder informiert über einen aktuell vom Steuergerät benötigten Strombedarf.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung werden speziell verschiedene Funktionen mit unterschiedlichen Prioritäten eines Steuergeräts vom Ruhestrommanager angewiesen, jeweilige Verbraucher anzusteuern. Die von dem Ruhestrommanager an das Steuergerät gesendete Anweisung enthält beispielsweise eine Aktivierung oder Deaktivierung einer bestimmten Funktion mit einer bestimmten Priorität.

Gemäß einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung ist der Ruhestrommanager in der Lage ein Resetsignal an das Steuergerät zu senden, um die Software des Steuergeräts zurückzusetzen, wenn beispielsweise innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rückmeldung von dem Steuergerät empfangen wird. Das Resetsignal kann entweder einen Softwarereset oder einen Hardwarereset auslösen. Zur Durchführung eines Hardwareresets trennt eine Schaltvorrichtung das Steuergerät kurzfristig von der Batterie.

Gemäß der Erfindung ist ein mehrstufiges Abschaltkonzept möglich, wenn das Steuergerät keine Rückmeldung in Antwort auf eine vom Ruhestrommanager gesendete Anweisung zurückgibt. Speziell bedeutet dies, dass, wenn nach einem Senden einer Anweisung an das Steuergerät keine Rückmeldung von diesem erhalten wird, beispielsweise die Anweisung erneut gesendet wird. Wenn der Ruhestrommanager immer noch keine Rückmeldung von dem Steuergerät erhält, sendet der Ruhestrommanager ein Softwareresetsignal an das Steuergerät, um dessen Software neu zu initialisieren. Anschließend versucht der Ruhestrommanager erneut die Anweisung an das Steuergerät zu senden. Wenn der Ruhestrommanager immer noch keine Rückmeldung vom Steuergerät erhält, führt er einen Hardwarereset durch, indem kurzfristig das Steuergerät von der Batterie getrennt wird. Erhält der Ruhestrommanager auch nach Durchführung eines Hardwareresets vom Steuergerät keine Rückmeldung, so veranlasst der Ruhestrommanager eine endgültige Trennung des Steuergeräts vom Bordnetz, wodurch sichergestellt wird, dass kein unnötiger Stromverbrauch durch dieses Steuergerät erfolgt, ohne dass eine Funktion ausgeführt wird.

Gemäß der Erfindung ist sichergestellt, dass die Steuergeräte auch tatsächlich die Anweisungen von dem Ruhestrommanager erhalten und verstanden haben. Falls sich eines der Steuergeräte beispielsweise in einer Endlosschleife befindet, kann durch ein Reset die Funktion des Steuergeräts wieder hergestellt werden. Falls auch nach einem Reset das Steuergerät nicht antwortet, wird es vom Bordnetz (Batterie) dauerhaft getrennt. Dieses mehrstufige Abschaltkonzept gemäß der Erfindung garantiert, dass Funktionen der Steuergeräte mit hoher Priorität bei abnehmendem Batterieladezustand so lange wie möglich aufrecht erhalten bleiben.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung und eines Verfahrens hierfür unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2a und 2b Flussdiagramme gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, zur Erklärung der Funktionsweise des in 1 gezeigten Systems.
1 zeigt ein Energiemanagementsystem 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das System 1 enthält eine Batterie 2, die ein Bordnetz 3, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt), mit elektrischer Energie versorgt.
1 zeigt ein erstes Steuergerät 4A, und ein zweites Steuergerät 4B, die über Schaltvorrichtungen 5A, 5B jeweils mit dem Bordnetz 3 verbunden und mit elektrischer Energie von der Batterie 2 versorgt werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Schaltvorrichtungen 5A, 5B durch ein Steuersignal von einem Ruhestrommanager 6 betätigt. Der Ruhestrommanager 6 kann die Schaltvorrichtungen 5A und 5B unabhängig voneinander derart ansteuern, dass die Steuergeräte 4A, 4B entweder mit dem Bordnetz 3 verbunden oder von diesem getrennt sind.
Der Ruhestrommanager 6 ist ferner mit einer Schaltvorrichtung 7 verbunden, um die Batterie 2 vom Bordnetz 3 abzutrennen.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Batteriemonitorvorrichtung 8 sowohl mit der Batterie 2 als auch mit dem Ruhestrommanager 6 in Verbindung. Die Batteriemonitorvorrichtung 8 überwacht entweder kontinuierlich oder periodisch den Ladezustand der Batterie 2. Wenn der Ladezustand der Batterie beispielsweise unter eine vorbestimmte Schwelle (z.B. 55 %) der Gesamtladekapazität der Batterie 2 abfällt, liefert die Batteriemonitorvorrichtung 8 ein Signal an den Ruhestrommanager 6, der daraufhin über einen Bus 9 (beispielsweise CAN, MOST, LIN, etc.) eine Anweisung an die Steuergeräte 4A, AB liefert, bestimmte Funktionen der Steuergeräte 4A, 4B mit niedriger Priorität, beispielsweise die Innenraumbeleuchtung, zu deaktivieren, um Strom zu sparen. Der Ruhestrommanager 6 wird vorzugsweise von der Batteriemonitorvorrichtung 8 geweckt, wenn diese einen kritischen Ladezustand der Batterie detektiert, oder von den Steuergeräten 4, wenn diese einen unerwartet hohen Stromverbrauch aufgrund einer Fehlfunktion ha ben.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 4A eine erste Funktion 10 und eine zweite Funktion 11 auf. Über die erste Funktion 10 steuert das Steuergerät 4A beispielsweise ein Parklicht 12 des Fahrzeugs. Über die zweite Funktion 11 wird beispielsweise die Innenraumbeleuchtung 13 des Fahrzeugs angesteuert. Die Funktionen 10, 11 haben vorzugsweise unterschiedliche Priorität. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Parklicht 12 eine hohe Priorität und die Innenraumbeleuchtung 13 eine niedrige Priorität.
Unter Bezugnahme auf 2a und 2b wird im Folgenden die Funktionsweise des in 1 gezeigten Systems erklärt.
Nach dem Start des Verfahrens in Schritt S0 ermittelt die Batteriemonitorvorrichtung 8 in Schritt S1 den aktuellen Ladezustand der Batterie 2. Die Batteriemonitorvorrichtung 8 vergleicht den erfassten aktuellen Ladezustand beispielsweise mit einem gespeicherten vordefinierten Wert, um in Schritt 52 zu bestimmen, ob der Ladezustand der Batterie 2 einen kritischen Wert erreicht hat. Liegt der erfasste Ladezustandswert der Batterie 2 beispielsweise unter 55 % der Gesamtladekapazität der Batterie 2, so wird beispielsweise in Schritt S3 der Ruhestrommanager 6 aktiviert.
Wird in Schritt S2 bestimmt, dass der Ladezustand der Batterie 2 beispielsweise über 55 % liegt, bleibt der Ruhestrommanager 6 in einem Standby Betrieb und das in 2 gezeigte Flussdiagramm kehrt zu Schritt S1 zurück.
Basierend auf dem von der Batteriemonitorvorrichtung 8 erfassten Ladezustand der Batterie 2 sendet der Ruhestrommanager 6 Mitteilungen in Schritt S4 über den Bus 9 an die Steuergeräte 4A, 4B.
Die Mitteilung enthält beispielsweise eine Prioritätsnummer, um Funktionen der Steuergeräte 4A, 4B, die diese Prioritätsnummer oder eine geringere Priorität aufweisen, abzuschalten. Je kleiner der Ladezustand der Batterie 2 wird, um so mehr Funktionen mit hoher Priorität werden aufgrund einer zunehmenden Prioritätsnummer in den Mitteilungen abgeschaltet.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zuerst die Funktion 11 des Steuergeräts 4A, die zur Ansteuerung der Innenraumbeleuchtung 13 des Fahrzeugs dient, abgeschaltet, da ihre Priorität geringer ist als die Priorität der Funktion 10, die zur Ansteuerung des Parklichts 12 dient.
In Schritt S5 empfängt der Ruhestrommanager 6 eine Rückmeldung von den Steuergeräten, die kennzeichnend ist für einen Empfang der Mitteilung mit der Prioritätsnummer sowie beispielsweise einen aktuellen Ruhestromverbrauch des Steuergeräts 4 angibt.
In Schritt S6 bestimmt der Ruhestrommanager 6, ob er von allen Steuergeräten 4, die am Bus 9 hängen, eine Rückmeldung erhalten hat.
Wenn der Ruhestrommanager 6 beispielsweise von dem Steuergerät 4B keine Rückmeldung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten hat, sendet der Ruhestrommanager 6 in Schritt S7 über den Bus 9 ein Softwareresetsignal an das Steuergerät 4B, um einen Fehler des Steuergeräts 4B, beispielsweise aufgrund einer Endlosschleife in der Software des Steuergeräts 4B, zu beheben.
In Schritt S8 sendet der Ruhestrommanager 6 dann erneut die bereits in Schritt S4 gesendete Mitteilung entweder erneut an alle Steuergeräte 4A, 4B oder nur an das nicht antwortende Steuergerät 4B, um in Schritt S9 zu überprüfen, ob der Fehler durch den Softwarereset behoben wurde und eine Rückmeldung von dem nicht antwortenden Steuergerät empfangen wurde.
Der Ruhestrommanager 6 kann auch zuerst mehrmals die Mitteilung an alle oder nur an nicht antwortende Steuergeräte senden, bevor ein Reset ausgelöst wird.
Wenn das Steuergerät 4B immer noch nicht antwortet, wird gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Schritt S10 ein Hardwarereset durchgeführt. Dabei sendet der Ruhestrommanager 6 ein Signal an die Schaltvorrichtung 5B, um das Steuergerät 4B kurzzeitig vom Bordnetz 3 und somit von der Batterie 2 abzuklemmen und dann wieder zu verbinden. Das Steuergerät 4B durchläuft dann in herkömmlicher Weise automatisch einen Initialisierungsprozess (nicht gezeigt).
In Schritt S11 wird versucht die bereits in S4 und S8 gesendete Mitteilung an das Steuergerät 4B zu senden, um in Schritt S12 zu prüfen, ob der Fehler des Steuergeräts 4B durch den Hardwarereset behoben wurde und jetzt eine Rückmeldung von dem Steuergerät 4B erhalten wird. Wenn in Schritt S13 festgestellt wird, dass jetzt das Steuergerät 4B eine Rückmeldung an den Ruhestrommanager 6 liefert, wird das Verfahren in Schritt S1 fortgesetzt.
Wenn in Schritt S13 festgestellt wird, dass das Steuergerät 4B immer noch nicht antwortet, wird davon ausgegangen, dass ein schwerwiegender Fehler des Steuergeräts 4B vorliegt und der Ruhestrommanager 6 sendet ein Signal an die Schaltvorrichtung 5B, um das Steuergerät 4B dauerhaft vom Bordnetz 3 abzutrenen. Dadurch wird verhindert, dass aufgrund einer Fehlfunktion das Schaltgerät 4B weiter Energie verbraucht, ohne irgendeine Funktion zur Ansteuerung eines Verbrauchers bereitzustellen.
Das oben genannte Verfahren wird vorzugsweise periodisch wiederholt, um in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie 2 nach und nach Funktionen mit zunehmender Priorität der Steuergeräte abzuschalten. Dadurch wird erreicht, dass die Funktionen mit höchster Priorität solang wie möglich aufrechterhalten bleiben, da zuerst weniger wichtige Funktionen der Steuergeräte deaktiviert werden.
Obwohl die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, sofern sichergestellt ist, dass von den Steuergeräten eine Rückmeldung in Antwort auf eine Mitteilung durch den Ruhestrommanager erfolgt, die einen Zustand des Steuergeräts, beispielsweise einen Fehlerzustand, einen Strombedarfszustand, oder dergleichen beinhaltet.
Ferner sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in 1 lediglich zwei Steuergeräte gezeigt, wobei selbstverständlich eine beliebige Anzahl von Steuergeräten verwendet werden kann, die über einen Bus mit dem Ruhestrommanager 6 verbunden sind.
Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäßen Prinzipien auch in anderen Anwendungsgebieten zu verwenden, sofern ähnliche Problemstellungen wie im Kraftfahrzeugbereich vorliegen.

Claims

Energiemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug, enthaltend: eine Batterie (2), die ein Steuergerät (4) speist; eine mit der Batterie (2) gekoppelte Batteriemonitorvorrichtung (8) zum Ermitteln eines Ladezustands der Batterie (2); und einen Ruhestrommanager (6), der in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie (2) eine Anweisung an das Steuergerät (4) sendet zum Ansteuern eines mit dem Steuergerät (4) verbundenen Verbrauchers (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhestrommanager (6) in Antwort auf seine Anweisung eine Rückmeldung von dem Steuergerät (4) erwartet, die kennzeichnend für einen Zustand des Steuergeräts (4) ist.
System nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät (4) verschiedene Funktionen (10, 11) mit unterschiedlichen Prioritäten aufweist, die verschiedenen Verbrauchern (12, 13) zu deren Ansteuerung zugewiesen sind, und die von dem Ruhestrommanager (6) an das Steuergerät (4A) gesendete Anweisung kennzeichnend ist für eine Aktivierung oder Deaktivierung der Funktionen (10, 11).
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die von dem Steuergerät (4) an den Ruhestrommanager (6) gesendete Rückmeldung kennzeichnend ist für den Empfang der Anweisung und/oder für einen Ruhestrombedarf des Steuergeräts (4).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Ruhe strommanager (6) ein Resetsignal an das Steuergerät (4) sendet, um das Steuergerät (4) zurückzusetzen, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rückmeldung von dem Steuergerät (4) empfangen wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend eine Schaltvorrichtung (5, 7) zum Trennen des Steuergeräts (4) von der Batterie (2).
Energiemanagementverfahren in einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Ermitteln (S1) eines Ladezustands einer Batterie (2), die mit einem Steuergerät (4) verbunden ist; und Senden (S4) einer von dem Ladezustand der Batterie (2) abhängigen Anweisung an das Steuergerät (4) zum Ansteuern eines mit dem Steuergerät (4) verbundenen Verbrauchers (12, 13), wenn ein kritischer Ladezustand der Batterie (2) ermittelt worden ist (S2); gekennzeichnet durch Warten (S5) auf eine den Zustand des Steuergeräts (4) kennzeichnende Rückmeldung von dem Steuergerät (4) in Antwort auf das Senden der Anweisung, um eine Funktionszustandsänderung des Steuergeräts (4) einzuleiten, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit keine Rückmeldung empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Sendeschritt (S4) ein Senden eines Signals umfasst zum Deaktivieren oder Aktivieren von verschiedenen Funktionen (10, 11) mit unterschiedlichen Prioritäten des Steuergeräts (4A) zum Ansteuern der Verbraucher (12, 13).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine von dem Steuergerät (4) erhaltene Rückmeldung kennzeichnend ist für den Empfang der Anweisung und/oder für einen Ruhestrombedarf des Steuergeräts (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einem Schritt des Sendens (S7) eines Resetsignals an das Steuergerät (4), um einen Softwarereset des Steuergeräts (4) durchzuführen, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rückmeldung von dem Steuergerät (4) empfangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit einem Schritt des kurzzeitigen Trennens (S10) des Steuergeräts (4) von der Batterie (2) zur Durchführung eines Hardwareresets des Steuergeräts (4), wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rückmeldung von dem Steuergerät (4) empfangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit einem Schritt des dauerhaften Trennens (S13) des Steuergeräts (4) von der Batterie (2), wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode keine Rückmeldung von dem Steuergerät (4) empfangen wird.