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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes für ein Fahrzeug sowie ein Bordnetz für ein Fahrzeug.
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Zukünftige Bordnetze von Automobilen werden nicht nur zunehmend komplexer, sondern weisen auch eine Vielzahl von unterschiedlichsten Verbrauchern auf. Dabei sind in Bezug auf die Sicherheit und einer zuverlässigen Funktionsweise verschiedene Aspekte zu beachten beziehungsweise vor und während eines Betriebszustandes zu organisieren. Zudem ist es gerade bei Konzepten im Zusammenhang mit teil- oder vollautomatisierten Fahren essenziell, dass die sicherheitsrelevanten Funktionen hinsichtlich ihrer Energieversorgung eine höhere Priorität gegenüber weniger wichtigen Funktionen aufweisen. Aktuell werden häufig diese Herausforderungen mittels eines dezentralen Energiemanagements und einer damit verbundenen Analyse der Stromflüsse an dazu befähigten Steuergeräten gelöst. Dabei wird ein hoher Kommunikationsaufwand innerhalb des Fahrzeugs mit einer sich ergebenden hohen Komplexität als Nachteil in Kauf genommen, wobei nicht jedes Steuergerät seinen eigenen aktuellen Stromwert messen kann. Zudem ergeben sich bei dieser Vorgehensweise unterschiedliche Qualitäten der Strommessungen. Aus dem Stand der Technik sind dabei erste Lösungsansätze als bekannt anzusehen.
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So ist aus der Druckschrift
DE 100 20 304 A1 ein Bordnetzsystem als bekannt zu entnehmen. Solch ein Bordnetzsystem umfasst dabei mindestens ein Generator, eine Bordnetzbatterie, elektrische Verbraucher und einen Trennschalter, mittels dessen ein Generator und eine Bordnetzbatterie vom übrigen Bordnetz trennbar sind, wobei dem Generator und der Bordnetzbatterie jeweils ein separater Trennschalter zugeordnet ist, wobei über die beiden Trennschalter der Generator und die Bordnetzbatterie jeweils mit den elektrischen Verbrauchern verbunden sind.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 010 713 B4 ist zudem ein Bordnetz für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Energieversorgung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers eines Bordnetzes als bekannt zu entnehmen. Das Bordnetz für ein Fahrzeug umfasst dabei zumindest einen sicherheitsrelevanten Verbraucher, der mit einem Primärsystem und einem Sekundärsystem des Bordnetzes elektrisch verbunden ist und durch diese beiden Systeme redundant energieversorgbar ist. Das Primärsystem und das Sekundärsystem zur Energieversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers sind voneinander entkoppelt. Dabei ist eine Rekuperationsvorrichtung dem Sekundärsystem zugeordnet und die in der Rekuperationsvorrichtung gespeicherte Energie ist situationsabhängig zumindest teilweise zur Energieversorgung des sicherheitsrelevanten Verbrauchers bereitstellbar. Zur Entkopplung des Primärsystems und des Sekundärsystems ist ein Spannungswandler, insbesondere ein DC/DC-Wandler und eine Diode vorgesehen, wobei der Spannungswandler unidirektional ausgebildet ist und dem Sekundärsystem zugeordnet ist. Zur situationsabhängigen zumindest teilweisen Abgabe der in der Rekuperationsvorrichtung gespeicherten Energie an das Primärsystem ist dieses mit dem Sekundärsystem mittels eines bidirektionalen Spannungswandler, insbesondere einem DC/DC-Wandler gekoppelt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 101 855 A1 ist zudem ein redundantes Schaltsystem als bekannt zu entnehmen. Solch ein redundantes Schaltsystem für ein Fahrzeugbordnetz mit zumindest zwei elektrischen Energieversorgungen eines Verbrauchers umfasst dabei ein Schaltnetzwerk, welches aus zumindest drei Schaltern gebildet ist, wobei ein erster Schalter zwischen einem Anschluss für eine erste Energieversorgung und einem gemeinsamen Knotenpunkt angeordnet ist, ein zweiter Schalter zwischen einem Anschluss für eine zweite Energieversorgung und dem gemeinsamen Knotenpunkt angeordnet ist und ein dritter Schalter zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und einem Anschluss für den Verbraucher angeordnet ist.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 103 829 A1 ist eine Energieversorgungseinheit für ein Fahrzeug offenbart. Solch eine Energieversorgungseinheit umfasst dabei einen Eingangsanschluss mit einem ersten Leiter zur Führung einer ersten Spannung sowie einen zweiten Leiter zur Führung einer zweiten Spannung. Ferner umfasst die Energieversorgungseinheit einen Spannungswandler, der zur Übertragung elektrischer Energie zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter elektrisch mit diesen gekoppelt ist, und einen Verbraucheranschluss. Darüber hinaus umfasst die Energieversorgungseinheit einen Stromverteiler mit wenigstens einem ersten Sicherungselement und wenigstens einem zweiten Sicherungselement, wobei das wenigstens eine erste Sicherungselement eingangsseitig mit dem ersten Leiter elektrisch gekoppelt ist und das wenigstens eine zweite Sicherungselement eingangsseitig mit dem zweiten Leiter elektrisch gekoppelt ist. Der Verbraucheranschluss umfasst jeweils eine Schnittstelle, mit dem das wenigstens eine erste Sicherungselement und das wenigstens eine zweite Sicherungselement ausgangsseitig elektrisch gekoppelt ist, wobei die jeweilige Schnittstelle zur Bereitstellung der ersten Spannung beziehungsweise der zweiten Spannung mit einem Verbraucher elektrisch koppelbar ausgebildet ist. Es wird ferner ein Energieversorgungssystem offenbart.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2016 115 823 A1 ist zudem ein Kraftfahrzeugbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeugbordnetz als bekannt zu entnehmen. Solch ein Kraftfahrzeugbordnetz umfasst dabei zwei elektrisch parallel zueinander angeordnete Hauptleitungsstränge, wobei die Hauptleitungsstränge in zwei voneinander getrennten Bereichen miteinander elektrisch kurzgeschlossen sind und einen Anschluss für jeweils eine von zumindest zwei Bordnetzenergieversorgungen aufweisen. In den zumindest zwei Hauptleitungssträngen ist, den jeweiligen Hauptleitungsstrang unterbrechend, zumindest ein Kraftfahrzeugbordnetzschaltnetzwerk angeordnet, wobei das Kraftfahrzeugbordnetzschaltnetzwerk zumindest drei Schalter aufweist, wobei ein erster Schalter zwischen einem ersten Hauptleitungsstranganschluss und einem gemeinsamen Knotenpunkt angeordnet ist, ein zweiter Schalter zwischen einem zweiten Hauptleitungsstranganschluss und dem gemeinsamen Knotenpunkt angeordnet ist und ein dritter Schalter zwischen dem gemeinsamen Knotenpunkt und zumindest einem Verbraucheranschluss angeordnet ist.
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EP 1 103 462 A1 offenbart ein Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes für ein Fahrzeug und ein entsprechendes Bordnetz. Elektrische Verbraucher sind über ein Bordnetzsteuergerät mit einer elektrischen Energieversorgungsquelle verbunden. Dem Bordnetzsteuergerät ist ein Sensor zugeordnet, mittels dem überwacht werden soll, dass eine von einem Generator zur Verfügung gestellte Leistung so verteilt wird, dass für eine Batterie genügend elektrische Leistung übrig bleibt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes für ein Fahrzeug und ein Bordnetz für ein Fahrzeug bereitzustellen, welches ein verbessertes und benutzerdefiniertes Energiemanagement während der Verwendung aufweist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes für ein Fahrzeug bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Koppeln wenigstens einer elektrischen Energieversorgungsquelle mit Verbrauchern in einem Fahrzeug, wobei zwischen der wenigstens einen elektrischen Energieversorgungsquelle und den Verbrauchern eine zentrale Recheneinheit geschaltet ist und zwischen der zentralen Recheneinheit und den jeweiligen Verbrauchern zumindest ein Messeinheitssystem angeordnet ist, so dass jegliche Zustände eines jeweiligen gekoppelten Verbrauchers zentral diagnostiziert werden und in Abhängigkeit der jeweiligen Diagnose situationsabhängig eine jeweilige Abschaltung eines jeweiligen Verbrauchers gemäß eines Priorisierungsbewertungsschrittes bezogen auf den Zustand aller Verbraucher mittels der zentralen Recheneinheit realisiert wird. Die einzelnen Verbindungsleitungen können auch als Zweige bezeichnet werden. An jeweiligen Zweigen können entsprechend separate Verbraucher betrieben werden. Jeder dieser Zweige verfügt beispielsweise über eine Messeinheit beziehungsweise ein Messeinheitensystem auf der Sekundärseite (Verbraucherseite). Die zentrale Recheneinheit kann dabei zentral entscheiden, inwiefern eine priorisierte Schaltung der Verbraucher realisiert werden soll beziehungsweise wird. Es kann also eine exakte Leistungsflussanalyse per zentraler Recheneinheit vollzogen werden, so dass ein verbessertes Energiemanagement auf einfache Weise bereitgestellt werden kann. Die genaue Analyse des jeweiligen Energieflusses bedarf dabei kein dezentrales Energiemanagement. Auch wird somit ein hoher Kommunikationsaufwand innerhalb des Fahrzeugs mit der sich ergebenden hohen Komplexität vermieden. Es wird somit auf einfache Weise und kostengünstig eine zentrale Kenntnis aller Verbraucherzustände ermöglicht, so dass eine einheitliche Schaltstrategie zu einem verbesserten Energiemanagement führt. Eine zentrale, einmalige Umsetzung ermöglicht es entsprechend ein verbessertes Energiemanagement bereitzustellen. Zudem kann auf diese Weise eine Reduzierung der Systemkomplexität erreicht werden.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Bordnetz für ein Fahrzeug bereitgestellt wird. Solch ein Bordnetz für ein Fahrzeug umfasst dabei wenigstens eine elektrische Energieversorgungsquelle, welche ausgelegt ist, Verbraucher in dem Fahrzeug mit Energie zu versorgen. Hierzu ist vorgesehen, dass zwischen der wenigstens einen elektrischen Energieversorgungsquelle und den Verbrauchern eine zentrale Recheneinheit geschaltet ist und zwischen der zentralen Recheneinheit und den jeweiligen Verbrauchern zumindest ein Messeinheitssystem angeordnet ist, so dass jegliche Zustände eines jeweiligen gekoppelten Verbrauchers zentral diagnostizierbar sind und in Abhängigkeit der jeweiligen Diagnose situationsabhängig eine jeweilige Abschaltung eines jeweiligen Verbrauchers gemäß eines Priorisierungsbewertungsschrittes bezogen auf den Zustand aller Verbraucher mittels der zentralen Recheneinheit realisierbar ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für das vorgestellte Bordnetz für ein Fahrzeug.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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So ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die zentrale Recheneinheit eine benutzerdefiniert einstellbare ePDU (ePDU = electronic Power Distribution Unit = elektronische Stromverteilereinheit) mit angeschlossenem programmierbaren Prozessor ist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen Messeinheitssysteme außerhalb der zentralen Recheneinheit angeordnet sind. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen Messeinheitssysteme einen identischen Aufbau aufweisen. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Des Weiteren ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass ein jeweiliges Messeinheitssystem räumlich getrennt von der zentralen Recheneinheit betrieben wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die benutzerdefiniert einstellbare ePDU zumindest ein Halbleiter-Sicherungselement aufweist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen Messeinheitssysteme mit jeweiligen Verbindungsleitungen mit dem angeschlossenen programmierbaren Prozessor separat gekoppelt sind. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweiligen Verbindungsleitungen, welche die jeweiligen Messeinheitssysteme mit dem angeschlossenen programmierbaren Prozessor separat koppeln, zueinander isoliert vorgesehen sind. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.
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Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in einer besonderen Ausführungsform des Bordnetzes für ein Fahrzeug die zentrale Recheneinheit eine ePDU mit angeschlossenem Prozessor ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für diese spezielle Gestaltung des vorgestellten Bordnetzes.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schaltanordnung eines Bordnetzes für ein Fahrzeug und
- 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes.
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1 zeigt eine schematische Schaltanordnung eines Bordnetzes 10 für ein Fahrzeug. Dieses Bordnetz 10 für ein Fahrzeug ist dabei mit einer elektrischen Energieversorgungsquelle 12 dargestellt. Diese Energieversorgungsquelle 12 ist über eine erste Verbindungsleitung 14 elektrisch mit einer zentralen Recheneinheit 16 gekoppelt. Die zentrale Recheneinheit 16 ist dabei ausgelegt, jegliche Zustände eines jeweiligen gekoppelten Verbrauchers zentral zu diagnostizieren und in Abhängigkeit der jeweiligen Diagnose situationsabhängig eine jeweilige Abschaltung eines jeweiligen Verbrauchers gemäß eines Priorisierungsbewertungsschrittes bezogen auf den Zustand aller Verbraucher mittels der zentralen Recheneinheit zu realisieren.
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In dieser Ausführung umfasst die zentrale Recheneinheit dazu eine benutzerdefiniert einstellbare ePDU 18 mit angeschlossenem programmierbaren Prozessor 20. Die zentrale Recheneinheit 16 weist dabei innenliegend eine zweite Verbindungsleitung 22 auf, von welcher zentral jeweilige weitere dritte Verbindungsleitungen 24 nach außen wegführen. Diese Verbindungsleitungen 22, 24 können zusammen auch als jeweilige Schnittstelle angesehen werden. Dabei sind diese dritten Verbindungsleitungen 24 im Bereich der einstellbaren ePDU 18 angeordnet und können jeweils an ihrem nach außen weisenden Ende mit Verbrauchern gekoppelt werden. Diese Verbraucher, welche sich in QM-Verbraucher 26 und ASI-Verbraucher 28 unterscheiden, sind dabei über jeweilige vierte Verbindungsleitungen 30 entsprechend mit der zentralen Recheneinheit 16 gekoppelt und somit über diese zentrale Recheneinheit 16 auch mit der elektrischen Energieversorgungsquelle 12 gekoppelt. Zudem sind an den jeweiligen vierten Verbindungsleitungen 30 in diesem Ausführungsbeispiel jeweilige erste Diagnosepunkte 32 dargestellt, welche über jeweilige fünfte Verbindungsleitungen 33 mit dem Prozessor 20 verbunden sind. Diese ersten Diagnosepunkte 32 können auch als Diagnosepunkte für Versorgungszweige bezeichnet werden. Ein Diagnosepunkt 32 ist dabei in einer Vergrößerung detaillierter dargestellt. In dieser Vergrößerung ist angeschnitten ein Teil einer dritten Verbindungsleitung 24 und ein Teil einer vierten Verbindungsleitung 30 zu erkennen. Der Diagnosepunkt 32 ist hier ersetzt durch ein Messeinheitssystem 34. Es ist vorstellbar, dass alle oder zumindest ein Diagnosepunkt 32 durch solch ein Messeinheitssystem 34 ersetzt beziehungsweise dargestellt sind. Mit anderen Worten ist also zwischen der wenigstens einen elektrischen Energieversorgungsquelle 12 und den Verbrauchern 26, 28 eine zentrale Recheneinheit 16 geschaltet und zwischen der zentralen Recheneinheit 16 und den jeweiligen Verbrauchern 26, 28 ist beispielsweise zumindest ein Messeinheitssystem 34 angeordnet beziehungsweise geschaltet.
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2 zeigt ein Flussdiagramm 100 eines Verfahrens zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes. In einem ersten Schritt 110 wird wenigstens eine elektrische Energieversorgungsquelle mit Verbrauchern in einem Fahrzeug gekoppelt. In einem zweiten Schritt 120 wird zwischen der wenigstens einen elektrischen Energieversorgungsquelle und den Verbrauchern eine zentrale Recheneinheit geschaltet und zwischen der zentralen Recheneinheit und den jeweiligen Verbrauchern zumindest ein Messeinheitssystem angeordnet, so dass jegliche Zustände eines jeweiligen gekoppelten Verbrauchers zentral diagnostiziert werden und in Abhängigkeit der jeweiligen Diagnose situationsabhängig eine jeweilige Abschaltung eines jeweiligen Verbrauchers gemäß eines Priorisierungsbewertungsschrittes bezogen auf den Zustand aller Verbraucher mittels der zentralen Recheneinheit realisiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bordnetz für ein Fahrzeug
- 12
- Energieversorgungsquelle
- 14
- erste Verbindungsleitung
- 16
- zentrale Recheneinheit
- 18
- ePDU (ePDU = electronic Power Distribution Unit = elektronische Stromverteilereinheit)
- 20
- Prozessor
- 22
- zweite Verbindungsleitung
- 24
- dritte Verbindungsleitung
- 26
- QM-Verbraucher
- 28
- ASI-Verbraucher
- 30
- vierte Verbindungsleitung
- 32
- erster Diagnosepunkt
- 33
- fünfte Verbindungsleitung
- 34
- Messeinheitssystem
- 100
- Flussdiagramm
- 110
- erster Schritt
- 120
- zweiter Schritt
