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Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben des Bordnetzes.
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In modernen Kraftfahrzeugen werden hohe Anforderungen an ein elektrisches Bordnetz mit einem elektrischen Energiespeicher gestellt. So müssen beispielsweise eine Vielzahl von Verbrauchern des Kraftfahrzeugs durch das Bordnetz versorgt werden.
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Die Dokumente
DE 103 41 907 A1 ,
DE 102 32 539 A1 ,
DE10 2004 038741 A1 ,
DE10 2004 021998 A1 und
DE10 2005 044829 A1 betreffen ein Verfahren zum Energiemanagement, Energie- und Verbrauchermanagement in einem elektrischen Bordnetz, ein Verfahren zum Verwalten des Energiebedarfs elektrischer Verbraucher in einem elektrischen Netz, ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug und zugehöriges Energieverteilungsverfahren und ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Bordnetz, ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben des Bordnetzes zu schaffen, das bzw. die einen zuverlässigen Betrieb von Verbrauchern ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug angegeben, das mehrere dynamische Verbraucher umfasst. Die dynamischen Verbraucher weisen jeweils eine Schnittstelle auf und sind jeweils ausgebildet, zumindest eine zugeordnete vorgegebene Funktion auszuführen. Der oder die dynamischen Verbraucher einer vorgegebenen ersten Auswahl der dynamischen Verbraucher sind jeweils ausgebildet, zu einem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt, ein zugeordnetes vorgegebenes Einschaltwunschsignal mittels der Schnittstelle zu übertragen und solange zu warten, bis ein dem jeweiligen dynamischen Verbraucher zugeordnetes vorgegebenes Einschaltsignal diesem bereitgestellt wird. Der oder die dynamischen Verbraucher der vorgegebenen ersten Auswahl sind ferner ausgebildet, nach dem Bereitstellen des zugeordneten Einschaltsignals eine Ausführung der zumindest einen zugeordneten vorgegebenen Funktion zu starten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts sind der oder die dynamischen Verbraucher einer zweiten vorgegebenen Auswahl der dynamischen Verbraucher jeweils ausgebildet, zu dem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt ein zugeordnetes vorgegebenes Einschaltstatussignal zu übertragen und in etwa zeitgleich die Ausführung der zumindest einen vorgegebenen zugeordneten Funktion zu starten.
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Ferner können die dynamischen Verbraucher, so z.B. der ersten und/oder zweiten Auswahl, ausgebildet sein, ein jeweiliges vorgegebenes Ausschaltstatussignal vor einem Ausschalten des jeweiligen Verbrauchers zu übermitteln. Das jeweilige Ausschaltstatussignal repräsentiert einen ausgeschalteten Zustand des jeweiligen Verbrauchers.
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Dies hat den Vorteil, dass die dynamischen Verbraucher zumindest der ersten Auswahl, sehr flexibel betreibbar sind. Ein Zeitpunkt, an dem eine Funktionsausführung des jeweiligen dynamischen Verbrauchers, die repräsentativ ist für die Ausführung der zumindest einen zugeordneten vorgegebenen Funktion des jeweiligen dynamischen Verbrauchers, gestartet wird, kann zeitlich hinter dem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt liegen. Durch eine derartige zeitliche Verschiebung der Funktionsausführungen der dynamischen Verbraucher, kann eine maximal überlagerte Stromaufnahme verhindert werden und das Bordnetz stabilisiert werden.
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Dynamische Verbraucher zeichnen sich dadurch aus, dass deren jeweilige Stromaufnahme einen vorgegebenen Verbraucherstromschwellenwert überschreitet und/oder deren jeweilige Stromaufnahme eine Stromanstiegsgeschwindigkeit aufweist, die einen vorgegebenen Verbraucherstromanstiegsschwellenwert überschreitet. Vorzugsweise ist auch eine Funktionsdauer, die repräsentativ ist für eine Zeitdauer zwischen einem Beginn und einem Ende der Ausführung der zumindest einen vorgegebenen Funktion, sehr kurz, so z.B. kleiner als 0,25 s. Neben den dynamischen Verbrauchern kann das Bordnetz auch Verbraucher, so z.B. Langzeitverbraucher, aufweisen, die nicht derartige Ströme aufnehmen und/oder derartige Stromanstiegsgeschwindigkeiten aufweisen.
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Gemäß einem zweiten und dritten Aspekt werden ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Bordnetzes gemäß dem ersten Aspekt angegeben. Dabei wird das Einschaltwunschsignal empfangen und abhängig von dem empfangenen Einschaltwunschsignal der dem empfangenen Einschaltwunschsignal zugeordnete dynamische Verbraucher ermittelt. Abhängig von dem ermittelten dynamischen Verbraucher wird eine diesem zugeordnete vorgegebene Priorität ermittelt. Abhängig von der ermittelten Priorität wird ein Wert einer Verzögerungsdauer ermittelt, die dann gewartet wird. Nach Ablauf der Verzögerungsdauer wird dem ermittelten dynamischen Verbraucher das zugeordnete vorgegebene Einschaltsignal bereitgestellt.
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Dies trägt dazu bei, dass bei einer kritischen Bordnetzspannung den Verbrauchern in dem Bordnetz, insbesondere sicherheitsrelevanten Verbrauchern, mehr Leistung zur Verfügung steht, da die dynamischen Verbraucher aufgrund ihrer zeitlich verzögerten Funktionsausführung das Bordnetz vorzugsweise nicht zusätzlich belasten und somit einen Einbruch der Bordnetzspannung nicht verstärken. Ferner können Verbraucher länger verfügbar sein, da eine Gefahr einer Unterspannungsabschaltung reduziert ist. Auch können bei einer vorgegebenen Kapazität des Energiespeichers beispielsweise mehrere zusätzliche Verbraucher angeschlossen und versorgt werden. Dies ermöglicht bei einer vorgegebenen Anzahl von Verbrauchern in dem Bordnetz auch eine Verwendung eines Energiespeichers mit geringerer Kapazität. Zusätzlich kann eine Lebensdauer des verwendeten Energiespeichers verlängert werden, da z.B. eine Sulfatierung des Energiespeichers aufgrund einer Reduzierung des maximalen von dem Energiespeicher bereitgestellten Bordnetzstromes vermindert wird. Es ist auch mit weniger Fehlerspeichereinträgen aufgrund von Unterspannungsabschaltungen von Verbrauchern zu rechnen. Weitere Komponenten des Bordnetzes, so z.B. Spannungswandler und/oder weitere Energiespeicher, können gegebenenfalls kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen, da dynamische Verbraucher beispielsweise durch die weiteren Komponenten, so z.B. zur Stützung einer Spannung und/oder eines Stromes, nicht mehr versorgt werden müssen. Ferner kann beispielsweise eine kurzzeitige Leistungsabgabe des Energiespeichers für elektrische Antriebe, so z.B. in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, erhöht werden, insbesondere dann, wenn ein Ladezustand des Energiespeichers gering und/oder eine Temperatur niedrig ist.
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Für die Verzögerungsdauer kann abhängig von der Priorität auch ein Neutralwert, so z.B. 0 s, ermittelt werden. Das jeweilige Einschaltwunschsignal ist repräsentativ für den dynamischen Verbraucher, der dieses übertragen hat. Mittels des bereitgestellten Einschaltsignals kann beispielsweise ein Schaltelement, so z.B. ein Relais, angesteuert werden, mittels dessen der jeweilige dynamische Verbraucher derart angesteuert werden kann, dass dieser seine Funktionsausführung startet. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige dynamische Verbraucher der ersten vorgegebenen Auswahl ausgebildet sein, das dem jeweiligen dynamischen Verbraucher zugeordnete vorgegebene Einschaltsignal mittels der Schnittstelle zu empfangen und nach dem Empfang des zugeordneten Einschaltsignals die Ausführung der zumindest einen zugeordneten vorgegebenen Funktion zu starten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten und dritten Aspekts wird eine Bordnetzspannung und/oder ein Bordnetzstrom und/oder eine Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit des Bordnetzes ermittelt. Die Ermittlung des Wertes der jeweiligen Verzögerungsdauer wird freigegeben, wenn die ermittelte Bordnetzspannung kleiner ist als der vorgegebene Bordnetzspannungsschwellenwert und/oder der Bordnetzstrom größer ist als der vorgegebene Bordnetzstromschwellenwert und/oder die ermittelte Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit größer ist als der vorgegebene Bordnetzstromanstiegsschwellenwert. Dies ermöglicht eine Überprüfung, ob mittels des Bordnetzes ein weiterer dynamischer Verbraucher betreibbar ist. Ferner kann beispielsweise das zugeordnete Einschaltsignal dem ermittelten dynamischen Verbraucher in etwa unverzögert bereitgestellt werden, wenn die Ermittlung des Wertes der Verzögerungsdauer nicht freigegeben wird. Dadurch kann eine jeweilige Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher, auch beispielsweise unabhängig von ihrer zugeordneten Priorität, in etwa unverzögert gestartet werden, wenn das Bordnetz entsprechend belastbar ist. Ferner kann die Ermittlung der Verzögerungsdauer eingespart werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten und dritten Aspekts wird das Einschaltstatussignal empfangen und abhängig davon der dem empfangenen Einschaltstatussignal zugeordnete dynamische Verbraucher ermittelt. Abhängig von dem ermittelten dynamischen Verbraucher wird die zugeordnete Auswahl ermittelt und abhängig davon wird die Ermittlung des Wertes der Verzögerungsdauer freigegeben. Wird die zweite Auswahl und/oder die höchste Priorität ermittelt, kann die Funktionsausführung des entsprechenden dynamischen Verbrauchers in etwa unverzögert gestartet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten und dritten Aspekts wird die Funktionsdauer desjenigen bereits aktiven dynamischen Verbrauchers anderer Priorität ermittelt, der die längste Funktionsdauer aufweist. Dem Wert der Verzögerungsdauer wird in etwa ein Wert der ermittelten Funktionsdauer zugeordnet. Eine derartige Verzögerung kann dazu beitragen, dass eine zeitlich parallele Funktionsausführung von dynamischen Verbrauchern unterschiedlicher Priorität reduziert wird.
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Alternativ oder zusätzlich wird die Verzögerungsdauer auch abhängig von den empfangenen Ausschaltstatussignalen der Verbraucher, so z.B. der Verbraucher anderer Priorität, ermittelt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes,
- 2 ein Stromverlauf eines dynamischen Verbrauchers,
- 3, 4 Ablaufdiagramme,
- 5 ein Zeitdiagramm,
- 6 eine Steuereinheit,
- 7, 9 Strom- und Spannungsverläufe des Bordnetzes,
- 8, 10 Tabellen.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Bordnetz BN für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Es umfasst einen Generator G, einen Energiespeicher BAT, einen Sensor S_BAT und mehrere dynamische Verbraucher L. Dem Bordnetz BN ist ferner eine Steuereinheit CTRL zugeordnet, die mit dem Sensor S_BAT, so z.B. ein Batteriesensor, elektrisch gekoppelt ist. Der Sensor S_BAT umfasst einen Spannungssensor S_U zum Ermitteln einer Bordnetzspannung U_BN, und einen Stromsensor S_I zum Ermitteln eines Bordnetzstromes I_BN. Die ermittelte Bordnetzspannung U_BN und der ermittelte Bordnetzstrom I_BN werden der Steuereinheit CTRL bereitgestellt, die ausgebildet ist, abhängig von dem ermittelten Bordnetzstrom I_BN eine Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit RI_BN zu ermitteln. Die dynamischen Verbraucher L sind jeweils mit der Bordnetzspannung U_BN beaufschlagbar und umfassen jeweils eine Schnittstelle, so z.B. eine Busschnittstelle, um Daten mit der Steuereinheit CTRL austauschen zu können.
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Den dynamischen Verbrauchern L ist jeweils zumindest eine vorgegebene Funktion zugeordnet, so z.B. eine Lenkfunktion, wenn der dynamische Verbraucher beispielsweise als elektromechanische Servolenkung ausgebildet ist. Die dynamischen Verbraucher L sind dadurch charakterisiert (2), dass ihre jeweilige Stromaufnahme einen vorgegebenen Verbraucherstromschwellenwert I_LTH, so z.B. 15 A, und/oder eine Stromanstiegsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Verbraucherstromanstiegsschwellenwert, so z.B. 300 A/s, überschreitet. Das Bordnetz BN kann auch weitere Verbraucher umfassen, so z.B. Langzeitverbraucher.
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Die Steuereinheit CTRL ist ausgebildet, eine Funktionsausführung der jeweiligen dynamischen Verbraucher L derart zu verzögern, dass der resultierende Bordnetzstrom I_BN und ein resultierender Einbruch der Bordnetzspannung U_BN reduziert werden und das Bordnetz BN unempfindlich gegen kurzzeitig bereitzustellende Verbraucherströme I_L wird. Dabei kann die jeweilige Verzögerung derart erfolgen, dass ein vorgegebener Minimalwert der Bordnetzspannung U_BN, so z.B. 9 V, nicht unterschritten wird. Auch kann mittels der Steuereinheit CTRL eine Ausschaltung der dynamischem Verbraucher L, insbesondere von induktiven dynamischen Verbrauchern, derart verzögert werden, dass ein vorgegebener Maximalwert der Bordnetzspannung U_BN, so z.B. 16 V, nicht überschritten wird. Ferner kann aufgrund des verzögerten Starts der jeweiligen Funktionsausführung ein Auftreten einer maximalen Überlagerung von Verbraucherströmen I_L reduziert werden. Die Steuereinheit CTRL kann beispielsweise als Komponente eines Energiemanagementsystems des Kraftfahrzeugs oder eines Spannungswandlers ausgebildet sein, der beispielsweise in dem Kraftfahrzeug, so z.B. einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, Energie von einem Hochvoltnetz in das Bordnetz BN und umgekehrt überträgt.
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Die dynamischen Verbraucher L können beispielsweise einer ersten vorgegebenen Auswahl oder einer zweiten vorgegebenen Auswahl zugeordnet sein. Der oder die dynamischen Verbraucher der ersten Auswahl sind jeweils ausgebildet, zu einem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt ein zugeordnetes vorgegebenes Einschaltwunschsignal SESW mittels der Schnittstelle zu übertragen und solange zu warten, bis ein dem jeweiligen dynamischen Verbraucher zugeordnetes vorgegebenes Einschaltsignal SES diesem bereitgestellt wird. Erst nach der Bereitstellung des zugeordneten Einschaltsignals SES startet der jeweilige dynamische Verbraucher L die zugeordnete Funktionsausführung. Der oder die dynamischen Verbraucher der zweiten Auswahl sind jeweils ausgebildet, zu einem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt ein zugeordnetes vorgegebenes Einschaltstatussignal SESST mittels der Schnittstelle zu übertragen und in etwa zeitgleich die zugeordnete Funktionsausführung zu starten.
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Das Bordnetz BN kann beispielsweise als 14V-Bordnetz oder auch als Hochvoltbordnetz, so z.B. in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgebildet sein. Die zeitverzögerte Funktionsausführung kann den Energiespeicher BAT entlasten, wenn beispielsweise ein hohes Drehmoment durch den Elektroantrieb angefordert wird. Hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten der dynamischen Verbraucher L können typischerweise von dem Generator G aufgrund seiner mechanischen Trägheit nicht ausgeregelt werden, so dass die dem jeweiligen dynamischen Verbraucher L zugeordnete kurzzeitige Leistungsaufnahme von dem Energiespeicher BAT bereitgestellt wird, der beispielsweise als Bleiakkumulator oder Hochvoltspeicher, so z.B. Ni-Metall-Hydrid-Akkumulator, ausgebildet sein kann.
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Die dynamischen Verbraucher L des Bordnetzes BN werden vorzugsweise in unterschiedliche vorgegebene Prioritäten A, B, C eingeteilt. Eine höchste Priorität A wird beispielsweise allen dynamischen Verbraucher L zugeordnet, die bezüglich ihrer Verfügbarkeit die höchsten Anforderungen haben, so z.B. Steuergeräte und/oder Leistungselektroniken, die fahrdynamische Regeleingriffe vornehmen, und/oder dynamische Verbraucher der zweiten vorgegebenen Auswahl. Dynamische Verbraucher der Priorität A erfordern vorzugsweise einen in etwa unverzögerten Start ihrer Funktionsausführung. Eine Priorität B oder C wird beispielsweise allen dynamischen Verbrauchern zugeordnet, die geringere Anforderungen bezüglich ihrer Verfügbarkeit haben und die eine zeitverzögerte zugeordnete Funktionsausführung erlauben, so z.B. ein elektrisch schaltbares Getriebe, eine Sekundärluftpumpe oder ein elektrisch geregelter Ventiltrieb, elektrische Hydraulikpumpen, die ein Druckspeichermedium aufweisen.
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Anhand eines Ablaufdiagramms (3) wird ein Verfahren zum Betreiben des Bordnetzes BN erläutert. Das Verfahren wird beispielsweise als Programm, das in der Steuereinheit CTRL gespeichert ist, ausgeführt. Die Steuereinheit CTRL kann auch als Vorrichtung zum Betreiben des Bordnetzes BN bezeichnet werden.
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Das Programm wird in einem Schritt S0 gestartet. In einem Schritt S2 wird das Einschaltwunschsignals SESW und/oder das Einschaltstatussignal SESST eines der dynamischen Verbraucher L empfangen. Anhand des empfangenen Einschaltwunschsignals SESW und/oder des Einschaltstatussignals SESST wird der zugeordnete dynamische Verbraucher L ermittelt. In einem Schritt S4 wird die dem ermittelten dynamischen Verbraucher L zugeordnete Priorität A, B, C ermittelt, so z.B. anhand einer in der Steuereinheit CTRL gespeicherten Tabelle. In einem Schritt S6 wird ermittelt, ob der jeweilige ermittelte dynamische Verbraucher L der Priorität A und/oder der zweiten Auswahl zugeordnet ist. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S18 dem ermittelten dynamischen Verbraucher L das zugeordnete Einschaltsignal SES in etwa unverzögert bereitgestellt. Ist der ermittelte dynamische Verbraucher L der zweiten Auswahl zugeordnet, kann das Programm in dem Schritt S20 beendet oder alternativ in dem Schritt S2 erneut ausgeführt werden.
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Ist die Bedingung in dem Schritt S6 nicht erfüllt, wird in einem Schritt S8 überprüft, ob die von dem Sensor S_BAT ermittelte Bordnetzspannung U_BN größer ist als ein vorgegebener Bordnetzspannungsschwellenwert U_TH, so z.B. 9 V. Ist diese Bedingung erfüllt, wird in einem Schritt S10 überprüft, ob der von dem Sensor S_BAT ermittelte Bordnetzstrom I_BN kleiner ist als ein vorgegebener Bordnetzstromschwellenwert I_TH, so z.B. 150 A. Ist auch diese Bedingung erfüllt, wird in einem Schritt S12 überprüft, ob die ermittelte Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit RI_BN kleiner ist als ein vorgegebener Bordnetzstromanstiegsschwellenwert RI_TH, so z.B. 30000 A/s. Ist auch diese Bedingung erfüllt, wird in dem Schritt S18 dem dynamischen Verbraucher L das Einschaltsignal SES bereitgestellt. Ist beispielsweise zumindest eine der Bedingungen in den Schritten S8 bis S12 nicht erfüllt, wird in einem Schritt S14 die Verzögerungsdauer TD ermittelt und in dem Schritt S16 gesetzt und entsprechend gewartet, so z.B. mittels eines Zeitgebers TIMER. Nach Ablauf der Verzögerungsdauer TD wird in dem Schritt S18 das jeweilige Einschaltsignal SES bereitgestellt. In dem Schritt S20 wird das Programm beendet oder alternativ in dem Schritt S2 erneut ausgeführt.
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In 4 ist der Schritt S14 dargestellt, der in einem Schritt S14_0 gestartet wird. In einem Schritt S14_2 wird ermittelt, ob dynamische Verbraucher L anderer Priorität gerade ihre zumindest eine zugeordnete vorgegebene Funktion ausführen. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S14_4 eine Funktionsdauer TON desjenigen bereits aktiven dynamischen Verbrauchers L anderer Priorität ermittelt, der die längste Funktionsdauer TON aufweist. Dies kann beispielsweise anhand einer weiteren in der Steuereinheit CTRL gespeicherten Tabelle erfolgen, deren Tabellenwerte beispielsweise anhand von Fahrzeugerprobungen und/oder Feldversuchen ermittelt wurden. In einem Schritt S14_6 wird der Verzögerungsdauer TD die ermittelte Funktionsdauer TON zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich können der Verzögerungszeit TD auch vorgegebene Werte zugeordnet werden, wobei diese beispielsweise derart vorgegeben sind, dass zu dem Starzeitpunkt der jeweiligen Funktionsausführung die dynamischen Verbraucher der anderen Prioritäten schon ausgeschaltet sind. Dies ermöglicht, dass Überlagerungen von Stromspitzen aktiv zu unterbinden. Auch können die dynamischen Verbraucher L ausgebildet sein, jeweils ein Ausschaltstatussignal zu übermitteln, das vor einem Ausschalten des jeweiligen Verbrauchers übermittelt wird und einen ausgeschalteten Zustand des jeweiligen Verbrauchers L repräsentiert. Abhängig von dem Ausschaltstatussignal des jeweiligen Verbrauchers L anderer Priorität kann alternativ oder zusätzlich die Verzögerungsdauer TD ermittelt werden. Sind keine dynamischen Verbraucher anderer Priorität aktiv, wird in einem Schritt S14_8 die Verzögerungsdauer TD auf einen Wert null gesetzt.
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In 5 sind mehrere Einschaltszenarien dargestellt. Meldet sich beispielsweise ein dynamischer Verbraucher der Priorität C mit dem zugeordneten Einschaltwunschsignal SESW zu einem Zeitpunkt t0 an und sind keine dynamischen Verbraucher anderer Priorität aktiv, so erfolgt ein in etwa unverzögerter Start der Funktionsausführung des dynamischen Verbrauchers der Priorität C. Ist aber zum Zeitpunkt t0 beispielsweise ein dynamischer Verbraucher der Priorität B und/oder der Priorität A aktiv, wird die längste Funktionsdauer TON ermittelt, so z.B. 0,25 s, und die Verzögerungsdauer TD entsprechend gesetzt. Der Start der Funktionsausführung des dynamischen Verbrauchers der Priorität C verschiebt sich entsprechend auf Zeitpunkte t2, t4, t6. Typischerweise ist neben der ermittelten Verzögerungsdauer TD noch eine Verzögerung, so z.B. 0,1 s, aufgrund der Übertragungszeitdauer des Einschaltsignals SES zu berücksichtigen.
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In 6 ist die Steuereinheit CTRL schematisch dargestellt. Sie umfasst jeweils einen Eingang für ein Spannungssignal, mittels dessen ein Wert der Bordnetzspannung übertragen wird, und einen Eingang für ein Stromsignal, mittels dessen ein Wert des Bordnetzstroms I_BN übertragen wird, und einen Eingang für das Einschaltwunschsignal SESW. Die Signale können beispielsweise jeweils vor deren Weiterverarbeitung mittels eines jeweiligen Filters F, so z.B. einem Tiefpassfilter, gefiltert werden. Ferner ist ein Ausgang für das Einschaltsignal SES vorgesehen. Anhand des bereitgestellten Bordnetzstromes I_BN wird die Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit RI_BN ermittelt, so z.B. mittels eines Mikroprozessors. Mittels Vergleichseinheiten COMP1, COMP2, COMP3, so z.B. Komparatoren, wird jeweils der Wert der Bordnetzspannung U_BN und des Bordnetzstroms I_BN und die ermittelte Bordnetzstromanstiegsgeschwindigkeit RI_BN mit dem jeweils entsprechenden Schwellenwert verglichen. In einer Logikeinheit LU wird geprüft, ob die vorgegebenen Schwellenwerte eingehalten werden. Davon abhängig wird die Verzögerungsdauer TD ermittelt und einem Zeitgeber TIMER als Wartezeit vorgegeben. Nach einem Ablauf der Verzögerungsdauer TD erfolgt die Bereitstellung des Einschaltsignals SES an den jeweiligen dynamischen Verbraucher L. Es kann auch eine Halteeinheit HOLD vorgesehen sein, die ausgebildet ist, den jeweiligen dynamischen Verbraucher L während seiner Funktionsausführung aktiv zu halten, so z.B. durch weitere Vorgabe des Einschaltsignals SES, auch wenn zumindest einer der vorgegebenen Schwellenwerte nicht eingehalten wird. Ist dem jeweiligen dynamischen Verbraucher die Priorität A zugeordnet, so wird in etwa zeitgleich zum Empfang des Einschaltwunschsignals SESW das Einschaltsignal SES bereitgestellt. Ist der jeweilige dynamische Verbraucher der zweiten Auswahl zugeordnet, so wird vorzugsweise nur sein Einschaltstatussignal SESST registriert und vorzugsweise für die Ermittlung von Verzögerungsdauern TD berücksichtigt (4).
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7 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines ersten Bordnetzstroms I_BN1 und einer ersten Bordnetzspannung U_BN1 (gestrichelt) basierend auf vorgegebenen Energiespeicherparametern des Energiespeichers BAT, so z.B. einem konstanten vorgegebenen Grundstrom I_B, so z.B. 100 A, einer vorgegebenen Kapazität C, so z.B. 80 Ah, einem vorgegebenen Ladezustand SOC, so z.B. 50 %, und einer vorgegebenen Temperatur TEMP, so z.B. -10°C. Als Grundstrom I_B kann der Strom bezeichnet werden, der dauerhaft, so z.B. mehr als 1 s, dem Energiespeicher BAT entnommen wird, so z.B. durch die Langzeitverbraucher. Der jeweilige Verlauf resultiert aus einem zeitgleichen Start der jeweiligen Funktionsausführung alle dynamischen Verbraucher L zu einem Zeitpunkt t7. Daraus resultiert ein maximaler erster Bordnetzstrom I_BN1 max zeitnah zu dem Zeitpunkt t7 und in etwa zeitgleich eine minimale erste Bordnetzspannung U_BN1min. Die erste Bordnetzspannung U_BN1 kann beispielsweise so stark absinken, dass diese nicht mehr in einem für die Verbraucher des Bordnetzes BN zulässigen Spannungsbereich liegt, so dass diese gegebenenfalls ihren Betrieb aufgrund einer Unterspannung einstellen oder zumindest einschränken. Zusätzlich kann es aufgrund der Unterspannung bei Verbrauchern ohne Leistungsregelung dazu führen, dass diese einen noch höheren Verbraucherstrom I_L dem Energiespeicher entnehmen, wodurch die Bordnetzspannung U_BN noch weiter absinkt und das Bordnetz BN dadurch instabil wird.
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Ferner zeigt 7 einen zeitlichen Verlauf eines zweiten Bordnetzstromes I_BN2 und einer zweiten Bordnetzspannung U_BN2 (durchgezogene Linie) basierend auf den vorgegebenen Energiespeicherparametern. Dieser Verlauf resultiert aus zeitverzögerten Starts der jeweiligen Funktionsausführung der jeweiligen dynamischen Verbraucher L. Vorzugsweise wird zum Zeitpunkt t7 die Funktionsausführung aller dynamischen Verbraucher der Priorität A gestartet, so z.B. eine elektromechanische Servolenkung, eine elektrohydraulische Bremse, eine dynamische Stabilitätskontrolle und eine Aktivlenkung. Der zu dem Zeitpunkt t7 resultierende zweite Bordnetzstrom I_BN2 ist in etwa halb so groß wie der maximale erste Bordnetzstrom I_BN1max und auch die zweite Bordnetzspannung U_BN2 sinkt nur leicht im Vergleich zu der minimalen ersten Bordnetzspannung U_BN1min. Zu einem Zeitpunkt t8, so z.B. 0,16 s nach dem Zeitpunkt t7, wird die Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher der Priorität B und zu einem Zeitpunkt t9, so z.B. 0,26 s nach dem Zeitpunkt t7, die Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher der Priorität C gestartet. Gegebenenfalls sind die jeweils zuvor aktivierten dynamischen Verbraucher schon wieder ausgeschaltet zu den Zeitpunkten t8 und t9. Das jeweilige Einschaltwunschsignal SESW wurde von allen dynamischen Verbrauchern zu dem Zeitpunkt t7 an die Steuereinheit CTRL übertragen. Eine minimale zweite Bordnetzspannung U_BN2min wird nach dem Zeitpunkt t9 erreicht. Im Vergleich zu der ersten Bordnetzspannung U_BN1 ist ein maximaler Einbruch der zweiten Bordnetzspannung U_BN2 deutlich reduziert.
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Daraus resultiert ein Differenzspannungseinbruch ΔU_BNmin zwischen der minimalen ersten Bordnetzspannung U_BN1min und der minimalen zweiten Bordnetzspannung U_BN2min, so z.B. 0,54 V.
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Der Differenzspannungseinbruch ΔU_BNmin ist typischerweise abhängig von den Energiespeicherparametern des Energiespeichers BAT. In 8 ist für den vorgegebenen Grundstrom I_B eine Tabelle dargestellt, die die Abhängigkeiten des Differenzspannungseinbruchs ΔU_BNmin von den Energiespeicherparametern darstellt. So ist 8 entnehmbar, dass der Differenzspannungseinbruch ΔU_BNmin besonders hoch ist, wenn die Temperatur TEMP des Energiespeichers BAT niedrig ist, da bei niedrigen Temperaturen der Energiespeicher BAT bei gleicher Strombelastung typischerweise einen höheren Einbruch der Bordnetzspannung U_BN aufweist.
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Eine Vergrößerung des Differenzspannungseinbruchs ΔU_BNmin kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Verzögerungsdauer TD vergrößert wird oder dass weitere dynamische Verbraucher dem Bordnetz BN hinzugefügt werden, die ebenfalls verzögert betrieben werden.
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Im Vergleich zu 7 ist in 9 ein Verlauf der jeweiligen Bordnetzspannung U_BN1, U_BN2 und des jeweiligen Bordnetzstromes I_BN1, I_BN2 dargestellt basierend auf einem sich zeitlich änderbaren Grundstrom I_B und vorgegebenen Energiespeicherparametern, so z.B. einer Kapazität C von 70 Ah, einem vorgegebenen Ladezustand SOC von 75 % und einer Temperatur TEMP von 0°C. Auch hier basieren der Verlauf der ersten Bordnetzspannung U_BN1 und der Verlauf des ersten Bordnetzstromes I_BN1 auf einem zeitgleichen Start der Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher L, während der Verlauf der zweiten Bordnetzspannung U_BN2 und der Verlauf des zweiten Bordnetzstromes I_BN2 aus der verzögerten Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher L resultiert. Zu einem Zeitpunkt t11 wird die Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher der Priorität B und zu einem Zeitpunkt t12 die Funktionsausführung der dynamischen Verbraucher der Priorität C gestartet. Auch hier ergibt sich ein deutlicher Differenzspannungseinbruch ΔU_BNmin, so z.B. 0,8 V, zwischen der minimalen ersten und minimalen zweiten Bordnetzspannung U_BN1min, U_BN2min.
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In 10 ist basierend auf den vorgegebenen Energiespeicherparametern die Abhängigkeit des Differenzspannungseinbruchs ΔU_BNmin von dem Grundstrom I_B dargestellt. Daraus zeigt sich, dass ein Unterschreiten des vorgegebenen Spannungsschwellenwertes U_TH, so z.B. 9 V, für die verzögerte Funktionsausführung erst bei einem Grundstrom I_B erfolgt, so z.B. 250 A, der deutlich höher ist, im Vergleich zu dem bei zeitgleicher Funktionsausführung, so z.B. 180 A. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei der vorgegebenen Kapazität C des Energiespeichers BAT, eine Anzahl der Verbraucher, insbesondere Langzeitverbraucher, erhöht werden kann, ohne dass die Bordnetzspannung U_BN den vorgegebenen Spannungsschwellenwert U_TH unterschreitet. Bei fest vorgegebener Anzahl von Verbrauchern kann der Energiespeicher BAT auch kleiner dimensioniert werden.
