DE102012218596A1

DE102012218596A1 - Steuereinheit für ein Bordnetz, Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes

Info

Publication number: DE102012218596A1
Application number: DE201210218596
Authority: DE
Inventors: Dirk Reichow; Peter Völkl; Tobias Galli
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: DE102012218596B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, ein Bordnetz sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes. Die Steuereinheit (2a, 2b, 2c) umfasst einen ersten Anschluss (3) zum Anschließen eines ersten Bordnetzzweigs (6), einem zweiten Anschluss (4) zum Anschließen eines zweiten Bordnetzzweigs (9) mit einem Energiespeicher (10) und einem dritten Anschluss (5) zum Anschließen eines dritten Bordnetzzweigs (12). Eine erste Schaltvorrichtung (15a, 15b) ist über einen fünften Anschluss (16) mit dem ersten Anschluss (3) und über einen sechsten Anschluss (17) mit dem dritten Anschluss (5) verbunden. Eine zweite Schaltvorrichtung (18) ist über einen siebten Anschluss (19) mit dem sechsten Anschluss (17) der ersten Schaltvorrichtung (15a, 15b) und dem dritten Anschluss (5) verbunden. Mit einem achten Anschluss (20) ist die zweite Schaltvorrichtung (18) mit dem zweiten Anschluss (4) verbunden, wobei die zweite Schaltvorrichtung (18) in einem geöffneten Zustand in einer Richtung vom siebten (19) zum achten Anschluss (20) stromdurchlässig ist. Die erfindungsgemäße Steuereinheit (2a, 2b, 2c) umfasst eine Sicherheitsansteuereinheit (25), die dazu eingerichtet ist, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers (10) zu erkennen und die erste Schaltvorrichtung (15a, 15b) zu schließen, wenn eine Überladung des Energiespeichers (10) besteht oder droht.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes.
Ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2010 029 788 A1 bekannt. Bordnetze für Fahrzeuge umfassen in der Regel mehrere Bordnetzzweige, die Energie verbrauchen, erzeugen und/oder speichern. Der Energiefluss zwischen den Bordnetzzweigen wird dabei von mindestens einer Steuereinheit gesteuert. Während des Ruhezustands des Fahrzeugs wird die Steuereinheit in der Regel abgeschaltet, um die für den Betrieb der Steuereinheit notwendige Energie einzusparen. Bei reinen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen kommt es jedoch zu Ladevorgängen der Energiespeicher beispielsweise durch eine externe Energieversorgung. Hierbei ist zu gewährleisten, dass die Energiespeicher nicht überladen werden, da sie durch die Überladung beispielsweise platzen könnten, wobei eine momentane Überladung jedoch nicht unmittelbar zur Zerstörung der Energiespeicher führen muss.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, ein Bordnetz mit einer solchen Steuereinheit sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes bereitzustellen, die einer Überladung wenigstens eines Energiespeichers entgegen wirken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit nach Anspruch 1, ein Bordnetz nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren nach Anspruch 12. Die abhängigen Patentansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung an.
Dementsprechend umfasst die Erfindung eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem ersten Anschluss zum Anschließen eines ersten Bordnetzzweigs, einem zweiten Anschluss zum Anschließen eines zweiten Bordnetzzweigs mit einem Energiespeicher und einem dritten Anschluss zum Anschließen eines dritten Bordnetzzweigs. Bei dem Energiespeicher kann es sich insbesondere um einen Doppelschichtkondensator handeln, der bei einer Überladung möglicherweise platzen würde. Die erfindungsgemäße Steuereinheit umfasst eine erste Schaltvorrichtung mit einem fünften Anschluss, der mit dem ersten Anschluss verbunden ist, und einem sechsten Anschluss, der mit dem dritten Anschluss verbunden ist. Darüber hinaus weist die Steuereinheit eine zweite Schaltvorrichtung auf mit einem siebten Anschluss, der mit dem sechsten Anschluss der ersten Schaltvorrichtung und dem dritten Anschluss verbunden ist, und einem achten Anschluss, der mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei die zweite Schaltvorrichtung in einem geöffneten Zustand in einer Richtung vom siebten zum achten Anschluss stromdurchlässig ist. Bei der ersten und zweiten Schaltvorrichtung kann es sich insbesondere um MOSFET-Transistoren handeln. Solche MOSFET-Transistoren besitzen in der Regel eine interne Diodenstruktur, die dazu führt, dass die MOSFET-Transistoren auch in einem geöffneten Zustand in einer Richtung stromdurchlässig sind. Erfindungsgemäß umfasst die Steuereinheit eine Sicherheitsansteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen und die erste Schaltvorrichtung zu schließen, wenn eine Überladung des Energiespeichers besteht oder droht.
Durch das Schließen der ersten Schaltvorrichtung wird Energie aus dem dritten Bordnetzzweig, die ansonsten in den Energiespeicher fließen würde, in den ersten Bordnetzzweig umgeleitet. Auf diese Weise kann einer Überladung des Energiespeichers entgegen gewirkt werden. Durch diese einfache, aber effiziente Maßnahme, nämlich das Schließen der ersten Schaltvorrichtung, kann auf eine dritte Schaltvorrichtung verzichtet werden, die zur zweiten Schaltvorrichtung in Reihe geschaltet ist und eine andere Polungsrichtung ihrer Diodenstruktur aufweist, so dass ein Stromfluss in den Energiespeicher unterbunden werden kann. Damit kann zusätzlicher Hardwareaufwand eingespart werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Sicherheitsansteuereinheit eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln mindestens eines momentanen Parameters des Energiespeichers und eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des mindestens einen ermittelten Parameters mit mindestens einem Parameterschwellwert. Dabei ist die Sicherheitsansteuereinheit dazu eingerichtet, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn ein Vergleich der Vergleichseinheit ergibt, dass der mindestens eine ermittelte Parameter den mindestens einen Parameterschwellwert übersteigt.
Beispielsweise kann die Steuereinheit einen vierten Anschluss zum Anschließen eines Massepotentials aufweisen und die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet sein, eine erste Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss zu messen, um eine Spannung des Energiespeichers zu ermitteln. Die Vergleichseinheit ist dann dazu eingerichtet, die erste Spannung mit einem Spannungsschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn die erste Spannung den Spannungsschwellwert übersteigt. Die Ermittlungseinheit ermittelt also die Spannung des Energiespeichers und bewertet, ob diese Spannung im Vergleich zu einem Spannungsschwellwert zu hoch erscheint.
In einer anderen Ausführungsform, die wiederum einen vierten Anschluss zum Anschließen eines Massepotentials aufweist, ist die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet, zu einem ersten Zeitpunkt eine erste Spannung und zu einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss zu messen. Basierend auf der ersten und zweiten Spannung wird eine Spannungsänderungsrate des Energiespeichers ermittelt. Die Vergleichseinheit ist dazu eingerichtet, die Spannungsänderungsrate mit einem Spannungsänderungsratenschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn die Spannungsänderungsrate den Spannungsänderungsratenschwellwert übersteigt. Die Steuereinheit ist also dazu eingerichtet, einen Spannungsanstieg am Energiespeicher zu erkennen. Dieser ist unter Umständen auf einen Potentialunterschied (beispielsweise durch Ladungsabfluss und -eintrag) zwischen dem dritten und zweiten Bordnetzzweig zurückzuführen, der zu einer Überladung des Energiespeichers führen kann. Dementsprechend schließt die Sicherheitsansteuereinheit die erste Schaltvorrichtung, um eine Überladung des Energiespeichers zu verhindern.
Die Ermittlungseinheit kann auch dazu eingerichtet sein, einen am zweiten Anschluss fließenden Strom zu messen, um einen in den Energiespeicher oder aus dem Energiespeicher fließenden Strom zu ermitteln. Die Vergleichseinheit ist dann dazu eingerichtet, den gemessenen Strom mit einem Stromschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn der gemessene Strom den Stromschwellwert übersteigt. Bei dieser Ausführungsform wird also ein unzulässiger Ladungszustrom in den Energiespeicher erkannt, der unter Umständen zu einer Überladung des Energiespeichers führen kann. Dementsprechend wird die erste Schaltvorrichtung geschlossen, um Energie aus dem dritten Bordnetzzweig auf den ersten Bordnetzzweig umzuleiten.
In einer Ausführungsform weist die Sicherheitsansteuereinheit eine Ermittlungseinheit auf, zum Ermitteln eines Potentialunterschieds zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss. Dementsprechend wird ein Potentialunterschied zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig ermittelt. Eine Vergleichseinheit vergleicht den Potentialunterschied mit einem Potentialunterschiedsschwellwert und die Sicherheitsansteuereinheit ist dementsprechend dazu eingerichtet, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn ein Vergleich der Vergleichseinheit ergibt, dass der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt. Bei dieser Ausführungsform wird also bemerkt, dass das Potential im dritten Bordnetzzweig höher ist als im ersten Bordnetzzweig. Bei einer solchen Konstellation ist anzunehmen, dass Energie vom dritten Bordnetzzweig in den Energiespeicher fließen würde, wodurch eine Überladung des Energiespeichers hervorgerufen werden könnte. Durch Schließen der ersten Schaltvorrichtung wird die überschüssige Energie in den ersten Bordnetzzweig umgeleitet, so dass eine Überladung des Energiespeichers verhindert werden kann.
Vorzugsweise ist die Sicherheitsansteuereinheit programmierbar oder konfigurierbar, so dass ihre Funktionsweise durch ein Programm oder durch eine Konfiguration festgelegt werden kann. Durch ein solches Programm oder eine solche Konfiguration kann insbesondere festgelegt werden, welche Parameter des Energiespeichers gemessen bzw. überwacht werden und wie basierend auf diesen Parametern entschieden wird, ob eine Überladung des Energiespeichers droht oder bereits besteht. Durch ein solches Programm oder eine solche Konfiguration kann beispielsweise eine Funktionsweise der Ermittlungseinheit und eine Funktionsweise der Vergleichseinheit festgelegt werden.
Die beschriebenen Vorgehensweisen zur Erkennung einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers können natürlich auch frei miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Potentialunterscheid zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss zu ermitteln und, sofern dieser Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt, den Strom zu messen, der am zweiten Anschluss fließt. Wenn der Potentialunterschied zu einer erheblichen Stromstärke führt, so kann eine drohende Überladung des Energiespeichers angenommen werden. Darüber hinaus kann natürlich auch die Messung der Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss mit einer Messung des am zweiten Anschluss fließenden Stroms kombiniert werden. Dies ist sinnvoll, da eine große Stromstärke am zweiten Anschluss anders zu bewerten ist, wenn die Spannung zwischen dem zweiten und vierten Anschluss bereits recht hoch ist, als wenn diese niedrig wäre, da bei einer bereits hohen Spannung weniger Zeit zum Reagieren bleibt, um die erste Schaltvorrichtung zu schließen.
Die Steuereinheit kann einen wachen Betriebsmodus (High Power Mode (HPM)) und einen schlafenden Betriebsmodus (Low Power Mode (LPM)) aufweisen, wobei die Sicherheitsansteuereinheit insbesondere dann aktiv ist, wenn sich die Steuereinheit im schlafenden Betriebsmodus befindet. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers trotz einer schlafenden Steuereinheit erkannt und entsprechend reagiert wird. Dadurch kann während des Ruhezustands des Fahrzeuges die Energie für den Betrieb der Steuereinheit eingespart werden und der sichere Betrieb des Bordnetzes gewährleistet werden.
Wenn die Steuereinheit im wachen Betriebsmodus ist, kann die Sicherheitsansteuereinheit in einen Stand-by-Modus wechseln, weil die Steuereinheit dann anderweitig eine Überladung des Energiespeichers ausschließt. Darüber hinaus könnte auch vorgesehen werden, dass die Sicherheitsansteuereinheit nach einer gewissen Zeit oder bei Eintritt einer bestimmten Bedingung in einen Stand-by-Modus schaltet, wenn keine Überladung des Energiespeichers mehr droht, weil sich beispielsweise die Spannung am Energiespeicher wieder normalisiert hat oder kein Potentialunterschied mehr zwischen dem ersten und dem dritten Bordnetzzweig besteht.
Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit sowie einem ersten Bordnetzzweig, einem zweiten Bordnetzzweig mit einem Energiespeicher und einem dritten Bordnetzzweig. Dabei sind der erste Bordnetzzweig mit dem ersten Anschluss der Steuereinheit, ein erster Anschluss des Energiespeichers mit dem zweiten Anschluss der Steuereinheit und der dritte Bordnetzzweig mit dem dritten Anschluss der Steuereinheit verbunden.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Bordnetzzweig einen weiteren Energiespeicher zum Aufnehmen von Energie aus dem dritten Bordnetzzweig, wenn die erste Schaltvorrichtung geschlossen ist. Dabei kann es sich insbesondere um eine Batterie handeln. Eine Batterie kann den Vorteil besitzen, dass sie nicht überladen werden kann.
Der dritte Bordnetzzweig kann einen Anschluss zur Aufnahme externer Energie von außerhalb des Bordnetzes in den dritten Bordnetzzweig aufweisen. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Ladeanschluss handeln, der über ein entsprechendes Ladegerät mit einer Haushaltssteckdose verbunden wird, um einem Fahrzeug Energie zuzuführen, die später zu dessen Antrieb verwendet werden soll.
Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Bordnetzes. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers erkannt und die erste Schaltvorrichtung geschlossen, wenn eine Überladung des Energiespeichers besteht oder droht.
In einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Erkennens einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers die Schritte Ermitteln mindestens eines momentanen Parameters des Energiespeichers, Vergleichen des mindestens einen ermittelten Paramters mit mindestens einem Parameterschwellwert und Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass der mindestens eine ermittelte Parameter den mindestens einen Parameterschwellwert übersteigt.
Darüber hinaus kann der Schritt des Erkennens einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers die Schritte umfassen Messen eines Potentialunterschieds zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss, Vergleichen des Potentialunterschieds mit einem Potentialunterschiedsschwellwert und Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf unterschiedliche Gegenstände, nämlich eine Steuereinheit, ein Bordnetz und ein Verfahren erläutert. Sofern nicht anders angegeben, können Merkmale der Steuereinheit und des Bordnetzes analog auf das Verfahren angewendet werden, genauso wie Merkmale des Verfahrens entsprechend in der erfindungsgemäßen Steuereinheit und dem dazugehörigen Bordnetz umgesetzt sein können.
Weitere Details und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Dabei zeigen
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
2a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
2b eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und gleichwirkende Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 1 mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 2a. Die Steuereinheit 2a weist einen ersten Anschluss 3, einen zweiten Anschluss 4 und einen dritten Anschluss 5 auf. Der erste Anschluss 3 ist in 1 ebenfalls als Pol I markiert. Weiterhin entsprechen der zweite Anschluss 4 Pol III und der dritte Anschluss 5 Pol II. Am ersten Anschluss 3 ist ein erster Bordnetzzweig 6 angeschlossen. Dieser umfasst einen ersten Energiespeicher 7, beispielsweise in Form einer Batterie, und einen ersten Verbraucher 8. Am zweiten Anschluss 4 ist ein zweiter Bordnetzzweig 9 angeschlossen, der einen zweiten Energiespeicher 10 und einen zweiten Verbraucher 11 aufweist. Auf der dem Pol III abgewandten Seite besitzt der zweite Energiespeicher 10 einen Pol IV. Der dritte Anschluss 5 ist mit einem dritten Bordnetzzweig 12 verbunden, der einen Generator 13 und einen dritten Verbraucher 14 aufweist. Eine Aufladung des ersten Energiespeichers 7 mit Energie von außerhalb des Bordnetzes könnte beispielswese über den ersten Anschluss 3 erfolgen. Selbst wenn Energie von außerhalb des Bordnetzes über einen Anschluss E zur Aufnahme externer Energie in den dritten Bordnetzzweig 12 eingespeist wird, kann eine Überladung des zweiten Energiespeichers 10 verhindert werden. In der Steuereinheit 2a befindet sich eine erste Schaltvorrichtung 15a mit einem fünften Anschluss 16, der mit dem ersten Anschluss 3 verbunden ist, und einem sechsten Anschluss 17, der mit dem dritten Anschluss 5 verbunden ist. Bei der ersten Schaltvorrichtung 15a handelt es sich um einen MOSFET-Transistor. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er eine interne Diodenstruktur besitzt. Wie in der 1 gezeigt, ist diese Diode stromdurchlässig in Richtung vom fünften Anschluss 16 zum sechsten Anschluss 17.
Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit 2a eine zweite Schaltvorrichtung 18 mit einem siebten Anschluss 19, der mit dem sechsten Anschluss 17 der ersten Schaltvorrichtung 15a und dem dritten Anschluss 5 verbunden ist. Darüber hinaus hat die zweite Schaltvorrichtung 18 einen achten Anschluss 20, der mit dem zweiten Anschluss 4 verbunden ist. Wiederum ist die zweite Schaltvorrichtung als MOSFET-Transistor ausgestaltet, so dass sie eine interne Diodenstruktur aufweist. Diese führt dazu, dass die zweite Schaltvorrichtung 18 in einem geöffneten Zustand in einer Richtung vom siebten Anschluss 19 zum achten Anschluss 20 stromdurchlässig ist.
Die erste Schaltvorrichtung 15a wird von einer ersten Ansteuereinheit 21 und die zweite Schaltvorrichtung 18 von einer zweiten Ansteuereinheit 22 angesteuert. Zusätzlich weist die Steuereinheit 2a einen DC/DC-Wandler 23 auf, der von einer dritten Ansteuereinheit 24 angesteuert wird und einen Energietransfer zwischen dem ersten Bordnetz 6 und dem zweiten Bordnetz 9 und umgekehrt ermöglicht. Der DC/DC-Wandler 23 kann beispielsweise als Synchrongleichrichter ausgeführt werden.
Die erste Schaltvorrichtung 15a und die zweite Schaltvorrichtung 18 dienen einer Regelung des Energieflusses im Bordnetz. Wenn die Steuereinheit 2a aktiv ist, wird die erste Schaltvorrichtung 15a nur dann geöffnet, wenn im ersten Bordnetzzweig 6 ein kritischer Spannungseinbruch stattfindet, wie er beispielsweise beim Fahrzeugstart entsteht. Die zweite Schaltvorrichtung 18 kann geschlossen werden, um den dritten Verbraucher 14 mit Energie aus dem zweiten Energiespeicher 10 zu versorgen, wenn die erste Schaltvorrichtung 15a geöffnet ist. Im nominalen Betriebsfall sind die erste Schaltvorrichtung 15a und die zweite Schaltvorrichtung 18 nie gleichzeitig geschlossen, um unkontrollierte Ausgleichsströme zwischen den Bordnetzen zu verhindern, sondern die erste Schaltvorrichtung 15a ist geschlossen und die zweite Schaltvorrichtung 18 geöffnet.
Wenn sich die Steuereinheit 2a im schlafenden Betriebsmodus befindet, ist die Ansteuerung der ersten und zweiten Schaltvorrichtung 15a, 18 unter Umständen nicht sichergestellt. Es verbleiben jedoch entsprechende Verbindungen über die Dioden der MOSFETs. Besonders im schlafenden Betriebsmodus oder während eines Fremdstartvorgangs ist die erste Schaltvorrichtung 15a unter Umständen nicht angesteuert und damit nicht geschlossen. Z. B. ein Fremdstartvorgang kann auch mit höheren Spannungen als der nominalen Bordnetzspannungen von 12 Volt durchgeführt werden. Darüber hinaus gibt es einen Schnelllademodus, bei dem die Energiespeicher durch eine externe Stromversorgung über den Anschluss E mit einer Spannung von z. B. 24 Volt aufgeladen werden sollen. In einem solchen Fall kommt es aufgrund der internen Diodenstruktur der zweiten Schaltvorrichtung 18 zu einem Laden des zweiten Energiespeichers 10. Dadurch steigt die Spannung am zweiten Energiespeicher 10 an. Insbesondere bei Lithium-Ionen- oder Doppelschichtkondensator-Technologien kann die Spannung auf kritisch hohe Wert ansteigen, so dass es zu einer Zerstörung des zweiten Energiespeichers 10 kommen kann. Dies soll verhindert werden, indem die erste Schaltvorrichtung 15a geschlossen wird, wenn eine Überladung des zweiten Energiespeichers 10 besteht oder droht.
Hierfür umfasst die in 1 gezeigte Ausführungsform einer Steuereinheit 2a eine Sicherheitsansteuereinheit 25. Diese ist mit dem ersten Anschluss 3, dem zweiten Anschluss 4, dem dritten Anschluss 5, der ersten Ansteuereinheit 21, der zweiten Ansteuereinheit 22 sowie dem vierten Anschluss 26 verbunden. Die Sicherheitsansteuereinheit 25 ist programmierbar oder konfigurierbar und kann beispielsweise dazu programmiert oder konfiguriert werden, einen Potentialunterschied zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem dritten Anschluss 5 zu messen. Genauso kann sie eine erste Spannung zwischen dem zweiten Anschluss 4 und dem vierten Anschluss 26 ermitteln. Durch ihre Verbindung zur ersten Ansteuereinheit 21 kann sie basierend auf einem Ergebnis eines Vergleiches des gemessenen Parameters mit einem Parameterschwellwert bewirken, dass die erste Schaltvorrichtung 15a geschlossen wird, wenn sie erkennt, dass eine Überladung des zweiten Energiespeichers 10 besteht oder droht.
2a illustriert eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 27a mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 2b. Gleiche und gleichwirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen benannt wie in 1 und werden nicht noch einmal erläutert. Die zweite Ausführungsform 27a unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform 1 eines Bordnetzes durch die Verschaltung des zweiten Energiespeichers 10. In der zweiten Ausführungsform 27a ist ein erster Anschluss 28 des zweiten Energiespeichers 10 mit dem zweiten Anschluss 4 gekoppelt, während ein zweiter Anschluss 29 des zweiten Energiespeichers 10 mit einem Anschluss des DC/DC-Wandlers 23 sowie mit dem ersten Anschluss 3 verbunden ist.
2b illustriert eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes 27b mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 2c. Gleiche und gleichwirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen benannt wie in 2a und werden nicht noch einmal erläutert. Die in 2b gezeigte Topologie wird auch als VSS (Voltage Stabilization System) bezeichnet. Die dritte Ausführungsform 27b unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform 27a eines Bordnetzes durch die folgenden Merkmale: Der dritte Anschluss 5 ist mit Masse verbunden, so dass der dritte Bordnetzzweig 12 nur aus einem Masseanschluss besteht. Der Generator 13 ist im ersten Bordnetzzweig 6 angeordnet. Zusätzlich kann sich im ersten Bordnetzzweig 6 ein Startergenerator befinden. Der Minuspol des ersten Energiespeichers 7 ist mit dem ersten Anschluss 3 gekoppelt. Der DC/DC-Wandler 23 besitzt keine Verbindung mit dem ersten Anschluss 3, sondern ist mit dem Pluspol des ersten Energiespeichers 7 verbunden. Der zweite Anschluss 29 des zweiten Energiespeichers 10 liegt auf einem Massepotenzial. Zusätzlich ist die Polungsrichtung der ersten Schaltvorrichtung umgedreht, so dass diese nicht mit 15a, sondern mit 15b bezeichnet wird.
3 illustriert eine erste Ausführungsform 30 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird eine erste Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss gemessen, um eine Spannung des zweiten Energiespeichers 10 zu ermitteln. In Schritt S2 wird diese ermittelte Spannung mit einem Spannungsschwellwert verglichen. Wenn diese erste Spannung den Spannungsschwellwert übersteigt, wird in Schritt S3 eine bestehende oder drohende Überladung des zweiten Energiespeichers 10 erkannt, und zu Schritt S4 verzweigt, in dem die erste Schaltvorrichtung 15a, 15b geschlossen wird. Sollte die Spannung den Spannungsschwellwert nicht übersteigen, wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform 31 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Bordnetzes. In Schritt S5 wird ein Potentialunterschied zwischen dem ersten Anschluss 3 und dem dritten Anschluss 5 ermittelt. In Schritt S6 wird dieser Potentialunterschied mit einem Potentialunterschiedsschwellwert verglichen. Wenn der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt, wird in Schritt S7 eine bestehende oder drohende Überladung des zweiten Energiespeichers 10 erkannt und zu Schritt S8 verzweigt, in dem die erste Schaltvorrichtung 15a, 15b mittels der ersten Ansteuereinheit 21 geschlossen wird. Sollte sich in Schritt S7 ergeben, dass der ermittelte Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert nicht übersteigt, wird zu Schritt S5 zurückgesprungen.
Die vorliegende Erfindung kann bewirken, dass eine Überladung des zweiten Energiespeichers unabhängig davon verhindert oder behoben wird, ob sich die Steuereinheit 2a, 2b, 2c in einem wachen oder in einem schlafenden Betriebsmodus befindet. Die Sicherheitsansteuereinheit 25 kann frei programmierbar oder konfigurierbar sein. Darüber hinaus kann sie monolithisch mit der Steuereinheit 2a, 2b, 2c ausgebildet sein.
Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist, zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes
2a: erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit
2b: zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit
2c: dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit
3: erster Anschluss
4: zweiter Anschluss
5: dritter Anschluss
6: erster Bordnetzzweig
7: erster Energiespeicher
8: erster Verbraucher
9: zweiter Bordnetzzweig
10: zweiter Energiespeicher
11: zweiter Verbraucher
12: dritter Bordnetzzweig
13: Generator
14: dritter Verbraucher
15a: erste Schaltvorrichtung
15b: erste Schaltvorrichtung
16: fünfter Anschluss
17: sechster Anschluss
18: zweite Schaltvorrichtung
19: siebter Anschluss
20: achter Anschluss
21: erste Ansteuereinheit
22: zweite Ansteuereinheit
23: DC/DC-Wandler
24: dritte Ansteuereinheit
25: Sicherheitsansteuereinheit
25a: Ermittlungseinheit
25b: Vergleichseinheit
26: vierter Anschluss
27a: zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes
27b: dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes
28: erster Anschluss des zweiten Energiespeichers
29: zweiter Anschluss des zweiten Energiespeichers
30: erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
31: zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
E: Anschluss zur Aufnahme externer Energie
I: Pol I
II: Pol II
III: Pol III
IV: Pol IV
S1: Messen einer ersten Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem vierten Anschluss
S2: Vergleichen der ersten Spannung mit einem Spannungsschwellwert
S3: Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers, wenn die erste Spannung den Spannungsschwellwert übersteigt
S4: Schließen der ersten Schaltvorrichtung
S5: Messen eines Potentialunterschieds zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss
S6: Vergleichen des Potentialunterschieds mit einem Potentialunterschiedsschwellwert
S7: Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers, wenn der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt
S8: Schließen der ersten Schaltvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010029788 A1 [0002]

Claims

Steuereinheit (2a, 2b, 2c) für ein Bordnetz (1, 27a, 27b) eines Fahrzeugs mit – einem ersten Anschluss (3) zum Anschließen eines ersten Bordnetzzweigs (6), – einem zweiten Anschluss (4) zum Anschließen eines zweiten Bordnetzzweigs (9) mit einem Energiespeicher (10), – einem dritten Anschluss (5) zum Anschließen eines dritten Bordnetzzweigs (12), – einer ersten Schaltvorrichtung (15a, 15b) mit einem fünften Anschluss (16), der mit dem ersten Anschluss (3) verbunden ist, und einem sechsten Anschluss (17), der mit dem dritten Anschluss (5) verbunden ist, – einer zweiten Schaltvorrichtung (18) mit einem siebten Anschluss (19), der mit dem sechsten Anschluss (17) der ersten Schaltvorrichtung (15a, 15b) und dem dritten Anschluss (5) verbunden ist, und einem achten Anschluss (20), der mit dem zweiten Anschluss (4) verbunden ist, wobei die zweite Schaltvorrichtung (18) in einem geöffneten Zustand in einer Richtung vom siebten (19) zum achten Anschluss (20) stromdurchlässig ist, sowie – einer Sicherheitsansteuereinheit (25), die dazu eingerichtet ist, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers (10) zu erkennen und die erste Schaltvorrichtung (15a, 15b) zu schließen, wenn eine Überladung des Energiespeichers (10) besteht oder droht.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) eine Ermittlungseinheit (25a) zum Ermitteln mindestens eines momentanen Parameters des Energiespeichers (10) und eine Vergleichseinheit (25b) zum Vergleichen des mindestens einen ermittelten Parameters mit mindestens einem Parameterschwellwert aufweist, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) dazu eingerichtet ist, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers (10) zu erkennen, wenn ein Vergleich der Vergleichseinheit ergibt, dass der mindestens eine ermittelte Parameter den mindestens einen Parameterschwellwert übersteigt.
Steuereinheit nach Anspruch 2, mit einem vierten Anschluss (26) zum Anschließen eines Massepotentials, wobei die Ermittlungseinheit (25a) dazu eingerichtet ist, eine erste Spannung zwischen dem zweiten Anschluss (4) und dem vierten Anschluss (26) zu messen, um eine Spannung des Energiespeichers (10) zu ermitteln, und die Vergleichseinheit (25b) dazu eingerichtet ist, die erste Spannung mit einem Spannungsschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn die erste Spannung den Spannungsschwellwert übersteigt.
Steuereinheit nach Anspruch 2, mit einem vierten Anschluss (26) zum Anschließen eines Massepotentials, wobei die Ermittlungseinheit (25a) dazu eingerichtet ist, zu einem ersten Zeitpunkt eine erste Spannung und zu einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Spannung zwischen dem zweiten Anschluss (4) und dem vierten Anschluss (26) zu messen, um aufgrund der ersten und zweiten Spannung eine Spannungsänderungsrate des Energiespeichers zu ermitteln, und die Vergleichseinheit (25b) dazu eingerichtet ist, die Spannungsänderungsrate mit einem Spannungsänderungsratenschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers (10) zu erkennen, wenn die Spannungsänderungsrate den Spannungsänderungsratenschwellwert übersteigt.
Steuereinheit nach Anspruch 2, wobei die Ermittlungseinheit (25a) dazu eingerichtet ist, einen am zweiten Anschluss (4) fließenden Strom zu messen, um einen in den Energiespeicher (10) oder aus dem Energiespeicher (10) fließenden Strom zu ermitteln, und die Vergleichseinheit (25b) dazu eingerichtet ist, den gemessenen Strom mit einem Stromschwellwert zu vergleichen und eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers zu erkennen, wenn der gemessene Strom den Stromschwellwert übersteigt.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) eine Ermittlungseinheit (25a) zum Ermitteln eines Potentialunterschied zwischen dem ersten Anschluss (3) und dem dritten Anschluss (5) sowie eine Vergleichseinheit (25b) zum Vergleichen des Potentialunterschieds mit einem Potentialunterschiedsschwellwert aufweist, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) dazu eingerichtet ist, eine bestehende oder drohende Überladung des Energiespeichers (10) zu erkennen, wenn ein Vergleich der Vergleichseinheit (25b) ergibt, dass der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) programmierbar oder konfigurierbar ist, so dass Ihre Funktionsweise durch ein Programm oder durch eine Konfiguration festgelegt werden kann.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2a, 2b, 2c) einen wachen Betriebsmodus und einen schlafenden Betriebsmodus aufweist, wobei die Sicherheitsansteuereinheit (25) aktiv ist, wenn sich die Steuereinheit (2a, 2b, 2c) im schlafenden Betriebsmodus befindet.
Bordnetz (1, 27a, 27b) für ein Fahrzeug mit – einer Steuereinheit (2a, 2b, 2c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – einem ersten Bordnetzzweig (6), – einem zweiten Bordnetzzweig (9) mit einem Energiespeicher (10) und – einem dritten Bordnetzzweig (12), – wobei der erste Bordnetzzweig (6) mit dem ersten Anschluss (3) der Steuereinheit, – ein Anschluss des Energiespeichers (10) mit dem zweiten Anschluss (4) der Steuereinheit und – der dritte Bordnetzzweig (12) mit dem dritten Anschluss (5) der Steuereinheit verbunden sind.
Bordnetz nach Anspruch 9, wobei der erste Bordnetzzweig einen weiteren Energiespeicher (7) umfasst zum Aufnehmen von Energie aus dem dritten Bordnetzzweig (12), wenn die erste Schaltvorrichtung (15a, 15b) geschlossen ist.
Bordnetz nach Anspruch 9 oder 10, wobei der dritte Bordnetzzweig (12) einen Anschluss (E) zur Aufnahme von Energie von außerhalb des Bordnetzes in den dritten Bordnetzzweig aufweist.
Verfahren (30, 31) zum Betreiben eines Bordnetzes nach Anspruch 9 bis 11, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers (S1–S3; S5–S7) und – Schließen der ersten Schaltvorrichtung, wenn eine Überladung des Energiespeichers besteht oder droht (S4, S8).
Verfahren (30) nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Erkennens einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers die Schritte umfasst – Ermitteln mindestens eines momentanen Parameters des Energiespeichers (S1), – Vergleichen des mindestens einen ermittelten Parameters mit mindestens einem Parameterschwellwert (S2) und – Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers (S3), wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass der mindestens eine ermittelte Parameter den mindestens einen Parameterschwellwert übersteigt.
Verfahren (31) nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Erkennens einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers die Schritte umfasst – Messen eines Potentialunterschieds zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss (S5), – Vergleichen des Potentialunterschieds mit einem Potentialunterschiedsschwellwert (S6) und – Erkennen einer bestehenden oder drohenden Überladung des Energiespeichers (S7), wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass der Potentialunterschied den Potentialunterschiedsschwellwert übersteigt.