DE102005032494A1 - Vorrichtung zum Betreiben von Mehrkreisbordnetzsystemen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um in einem Mehrkreisbordnetzsystem in einem Fahrzeug unter schwankenden elektrischen und mechanischen Belastungen eine stabile Energieversorgung zu sichern und die in jedem der Bordnetze vorhandenen Batterien, die eine integrierte Batteriezustandsüberwachungsvorrichtung aufweisen, optimal zu laden und weist nachfolgende Merkmale auf: DOLLAR A a. mechanische Merkmale DOLLAR A Die Vorrichtung ist als Batteriedeckel ausgebildet, der auf die mit einer Batteriezustandserkennungsvorrichtung versehene Batterie aufgesetzt wird, wobei der Deckel einen inneren Hohlraum zur Aufnahme von elektronischen Komponenten aufweist. Der Batteriedeckel weist Anschlußpole auf, die einerseits zu den Anschlußpolen der Batterie passen und die andererseits von außen zugänglich sind. DOLLAR A b. elektrische Merkmale DOLLAR A Die Vorrichtung weist einen eine Steuerleitung aufweisenden elektronischen Schalter auf, der in die Generatorzuleitung geschaltet ist, wobei die Steuerleitung signaltechnisch mit der Batteriezustandserkennungsvorrichtung verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Mehrkreisbordnetzsystems in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, insbesondere eine Vorrichtung, um in einem Mehrkreisbordnetzsystem unter schwankenden elektrischen Belastungen eine stabile Energieversorgung innerhalb jedes einzelnen Bordnetzes zu sichern und die in jedem der Bordnetze vorhandenen, z. T. unterschiedlichen Batterien, die alle eine integrierte Batteriezustandsüberwachungsvorrichtung aufweisen, optimal zu laden.
• Unter einem Mehrkreisbordnetzsystem wird nachfolgend der Zusammenschluß einer Gruppe von Verbraucher mit je einer Batterie verstanden, wobei alle Bordnetzsysteme von einem einzigen Generator gespeist werden. Als Batteriezustandsübennrachungsvorrichtung wird nachfolgend eine Vorrichtung verstanden, die in der DE 199 03 082 C2 als Starterbatteriezustandserfassungseinrichtung vollständig offenbart ist, so daß der Inhalt dieser Patentschrift in diese Anmeldung aufgenommen wird. Die Batteriezustandsüberwachungsvorrichtung, von der in der vorliegenden Anmeldung ausgegangen wird, weist im wesentlichen Sensoren zur Ermittlung batteriespezifischer Meßgrößen und elektronische Speicher auf, in denen Algorithmen abgelegt sind, nach denen der Betriebszustand der betreffenden Batterie ermittelt und/oder abgeschätzt werden kann. Zukünftig werden Fahrzeuge, die mit einer Brennkraftmaschine betrieben werden, eine Vielzahl von sicherheitsrelevanten elektronischen Komponenten enthalten, wie z. B. die elektronische Steuerung des Lenk- und Bremssystems. Weiterhin weisen bereits heute die Fahrzeuge häufig eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern auf. Aus dem Stand der Technik sind eine Rei he von Steuerungsphilosophien bekannt die davon ausgehen, daß in einem Betriebszustand, in dem eine vollständige Energieversorgung aller Bordnetze nicht gewährleistet ist, die Bordnetze bevorzugt mit Energie versorgt werden, die sicherheitsrelevante Komponenten enthalten, und die Bordnetze, die weniger wichtige Komponenten enthalten, wie z. B. Sitzheizung, entsprechend ihrer Wichtigkeit hierarchisch abschaltbar sind. Um dieser Sicherheitsphilosophie zu entsprechen, ist es bekannt, die sicherheitsrelevanten Komponenten in besonders zuverlässige und sichere Bordnetze und ggf. sogar in zwei unterschiedliche Bordnetze zu verteilen. So wird z. B. ein Bremssystem zweikreisig ausgelegt, wobei jeder Bremskreis von zwei verschiedenen Bordnetzen mit Energie versorgt wird. Von besonderer Bedeutung ist die Betriebssicherheit der in den einzelnen Bordnetzen vorgesehenen Batterien, insbesondere unter zwei Aspekten: Ersten muß die Batteriezustandsüberwachungsvorrichtung immer eine zuverlässige Statusinformation über die aktuelle Leistungsfähigkeit der Batterie zur Verfügung stellen, wobei unter Leistungsfähigkeit nicht nur der Ladezustand, sondern auch die aktuelle Kapazität, der Verschleiß usw. der Batterie verstanden wird. Diese Statusinformation informiert jedoch lediglich über den aktuellen Zustand der Batterie, ohne diesen zu verändern. Daher muß zweitens aus dem Statussignal ein betriebstechnisch optimales Laderegime abgeleitet werden, d. h. die Batterie des jeweiligen Bordnetzes muß optimal aufgeladen werden, wobei zu beachten ist, daß während des Betriebs des Fahrzeugs der Generator läuft, dieser jedoch aus Kostengründen keine beliebig große Leistung hat, um z. B. unter allen Betriebsbedingungen alle Bordnetze mit einer ausreichenden Leistung zu versorgen. Es kommt somit darauf an, trotz der begrenzten Leistung des Generators, die Bordnetze und deren Batterien betriebstechnisch optimal mit Energie zu versorgen. Aus dem gleichen Kostengrund, durch den die Leistung des Generators begrenzt wird, werden ständig Lösungen gesucht, um auch die Kosten für die anderen Elektronikkomponenten zu begrenzen, so daß einerseits sichere, andererseits aber auch kostengünstige Komponenten benötigt werden.
• Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und trotzdem zuverlässige Vorrichtung bereitzustellen, die in Verbindung mit einer vorstehend beschriebenen Batteriezustandserkennungsvorrichtung eine Batterie innerhalb eines Bordnetzes betriebstechnisch optimal auflädt, insbesondere auch solche Batterien, die unterschiedliche Kennwerte aufweisen und die unterschiedlichen statischen und dynamischen Betriebsbedingungen unterliegen, wobei sich die Merkmale kostengünstig und zuverlässig sowohl auf die elektrischen als auch auf die mechanischen Eigenschaften bezieht.
• Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
• Zum Betreiben von Mehrkreisbordnetzsystemen in Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei jedes Bordnetzsystem eine Batterie mit einer integrierten Batteriezustandserkennungsvorrichtung aufweist und alle Bordnetze von einem Generator gespeist werden, wird eine Vorrichtung mit nachfolgenden mechanischen und elektrischen Merkmale bereitgestellt: Die Vorrichtung ist als Batteriedeckel ausgebildet, der auf die mit einer Batteriezustandserkennungsvorrichtung versehenen Batterie aufgesetzt wird, wobei der Deckel einen inneren Hohlraum zur Aufnahme von elektronischen Komponenten aufweist und die Größe des Hohlraums den geometrischen Abmaßen der Komponenten anzupassen ist. Weiterhin weist der Batteriedeckel zwei Anschlußpole auf, die innerhalb des Deckels zu den Anschlußpolen der Batterie passen und außerhalb des Deckels, vorzugsweise von oben zugänglich sind. In dem Hohlraum des Batteriedeckels ist ein ansteuerbarer elektronischer Schalter vorgesehen. Die Steuerleitung ist signaltechnisch mit der Batteriezustandserkennungsvorrichtung verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist pro Bordnetz bzw. Batterie sehr kompakt und servicefreundlich aufgebaut. In dem Hohlraum des Batteriedeckels können noch weitere Bauelemente vorgesehen sein, die zur Batteriezustandserkennungsvorrichtung gehören. Wenn die Batterie in einem Wärmeisolationskasten steht, erfolgt durch den Batteriedeckel eine gute Wärmeisolation von oben, wenn der Deckel ebenfalls aus einem wärmeisolierenden Kunststoff besteht. Die Erfindung eignet sich besonders für Bordnetze mit unterschiedlichen Batteriegrößen und/oder Typen, da jede Batterie ihren Lademodus, ausgehend von dem Status ihres eigenen Lade- und Betriebszustandes selbst bestimmt, d. h. sich selbst optimal auflädt. Dadurch ist es möglich, die Batterie in einem guten Betriebszustand zu halten, was die Betriebssicherheit des betreffenden Bordnetzes erhöht. Dem Fachmann ist klar, daß mittels einer übergeordneten Entscheidungsvorrichtung eine Rangfolge der Aufladung festgelegt werden muß, wenn z. B. alle Batterien gleichzeitig einen Bedarf an Aufladung anmelden.
• Nach Anspruch 2 sind zur Messung des Bordnetzstromes und des Batteriestromes je ein Stromsensor vorgesehen, die ebenfalls in dem Hohlraum des Deckels angeordnet sind. Mit diesen Sensoren werden die aktuellen Stromflüsse überwacht.
• Nach Anspruch 3 ist der elektronische Schalter durch ein Powerline-Signal ansteuerbar, wodurch der Schaltungsaufwand noch weiter vereinfacht wird.
• Es ist zu betonen, daß der Gesamtvorteil der Erfindung erst durch die Kombination der konstruktiven und der elektrischen Merkmale entsteht, denn neben der rein elektronischen Funktionalität gewährleistet die Erfindung eine hohe Servicefreundlichkeit und geringe Herstellungskosten.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit schematischen Zeichnungen näher erläutert.
• 1 zeigt den konstruktiven Aufbau der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht.
• 2 zeigt die Erfindung als elektrisches Blockschaltbild.
• 1 zeigt einen Wärmeisolationskasten 1, der aus einem Kunststoffschaum besteht. In dem Wärmeisolationskasten 1 steht eine Blei-Säure-Batterie mit einem Gehäuse 2, einer Abdeckung 3 und mit zwei Kontaktpolen 4 und 5. An der Außenseite des Gehäuses 2 ist eine Widerstandheizung (nicht gezeigt) zur Erwärmung der Batterie vorgesehen. In dem Gehäuses 2 sind weiterhin Einbauten vorgesehen, die dafür sorgen, daß bei Bewegungen der Batterie, wie sie typischerweise bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen in einem Kraftfahrzeug entstehen, die Batteriesäure gut durchmischt wird. Unterhalb der Abdeckung 3 ist ein Batteriemodul 6 angeordnet, das einen Temperatursensor aufweist, eine erste Auswerteelektronik und wenigsten einen Datenspeicher, um wenigstens eine Kennummer und einen Satz Sensordaten der Batterie zu speichern. Die Kennummer dient zur Identifizierung der Batterie und der Satz Sensordaten enthält Daten über den Betriebszustand der Batterie, wobei unter dem Betriebszustand eine Kenngröße verstanden wird, die den Lade- und Verschleißzustand der Batterie bezeichnet. Das Batteriemodul 6 bezieht seine Versorgungsspannung über die Batterie mittels der Leitungen 7, 8. Auf dem Wärmeisolationskasten 1 ist ein Deckel 9 angeordnet, der Polanschlüsse 10 und 11 aufweist, die zu den Polanschlüssen 4 und 5 der Batterie passen und die so ineinandergreifen, daß eine mechanisch und elektrisch ausreichend sichere Verbindung hergestellt ist. Unterhalb des Deckels 7 ist das Deckelmodul 12 angeordnet, das seine Versorgungsspannung mittels der Leitungen 12, 14 ebenfalls von der Batterie bezieht. Der Datentransfer zwischen dem Batteriemodul 6 und der Deckelmodul 12 erfolgt über eine Powerline-Kommunikation, wie z. B. über einen CAN-BUS. Es ist besonders zu erwähnen, daß der Satz Sensordaten, der den aktuellen und vergangenen Betriebszustand der Batterie abbildet, nicht notwendigerweise allein in dem Batteriemodul gemessen und errechnet werden muß, sondern vielmehr auch in dem Deckelmodul oder von einem anderen externen Modul, wie z. B. vom Bordcomputer des Fahrzeugs und von dort aus über die Powerline wieder an das Batteriemodul zurück geschickt werden kann. Auf der Basis des ermittelten Betriebszustandes der Batterie ruft die Batterie die erforderliche Ladung vom Generator ab, was mit 2 erläutert wird.
• Die 2 zeigt ein Blockschaltbild mit zwei Bordnetzen (BN1, BN2) und einem Generator (GEN). Wenn z. B. im Bordnetz 1 von der Batteriezustanderfas sungsvorrichtung festgestellt wird, daß die Batterie 1 einen zu geringen Ladezustand aufweist, dann wird nach dem Verfahren der Pulsbreitenmodulation der Schalter S1 häufiger geschlossen als der Schalter S2. Die Taktfrequenz bei der vorliegenden Schaltung beträgt z. B. 100 Hz. Nach diesem Verfahren kann eine sehr präzise, auf die individuellen Eigenschaften und Parameter der Batterie abgestimmte Ladung erfolgen, wodurch die Batterie einerseits immer in einem optimalen Betriebszustand gehalten wird, was die Betriebssicherheit des betreffenden Bordnetzkreises erhöht, andererseits wird durch die individuelle Aufladung auch die Lebensdauer der einzelnen Batterien deutlich erhöht.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Betreiben von Mehrkreisbordnetzsystemen in Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei jedes Bordnetzsystem eine Batterie mit einer integrierten Batteriezustandserkennungsvorrichtung aufweist und alle Bordnetze von einem Generator gespeist werden, wobei die Vorrichtung nachfolgende konstruktive und elektrische Merkmale aufweist: a. mechanische Merkmale – Die Vorrichtung ist als Batteriedeckel ausgebildet, der auf die mit einer Batteriezustandserkennungsvorrichtung versehenen Batterie aufgesetzt wird, wobei der Deckel einen inneren Hohlraum zur Aufnahme von elektronischen Komponenten aufweist, – Der Batteriedeckel weist Anschlußpole auf, die einerseits zu den Anschlußpolen der Batterie passen und die andererseits von außen zugänglich sind. b. elektrische Merkmale – Die Vorrichtung weist einen, eine Steuerleitung aufweisenden elektronischen Schalter (S1) auf, der in die Generatorzuleitung geschaltet ist, wobei die Steuerleitung signaltechnisch mit der Batteriezustandserkennungsvorrichtung verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Bordnetzstromes und des Batteriestromes je ein Stromsensor (11, 12, 13) vorgesehen sind, die ebenfalls in dem Hohlraum angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter über ein Powerline-Signal ansteuerbar ist.