DE10255432A1 - Mobile Stromversorgungseinheit - Google Patents
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Abstract
Mobile Stromversorgungseinheit mit einem Autarkiekondensator für die Energiespeicherung, einem ersten von einer Batterie gespeisten ersten Spannungswandler zur Aufladung des Autarkiekondensators und einem mit dem Autarkiekondensator verbundenen zweiten Spannungswandler zur Stromversorgung eines Lastelementes sowie Verwendung dieser mobilen Stromversorgungseinheit für elektronische Baugruppen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Steuergeräte für Sicherheitseinrichtungen, wie bspw. Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel. DOLLAR A Zur Prüfung des Zustandes des Autarkiekondensators ist es bekannt, denselben vom Aufwärts- und Abwärtswandler zu trennen und über einen Meßwiderstand mit dem Bezugspotential der Batterie zu verbinden. Zur Sicherstellung der Funktion der Stromversorgungseinheit während der Prüfung des Autarkiekondensators ist anstelle des Autarkiekondensators ein weiterer Kondensator vorgesehen, der nunmehr die Energiespeicherung übernimmt, der jedoch in der Regel eine geringere Kapazität aufweist und damit auch eine geringere Autarkiezeit. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist zur Prüfung des Zustandes des Autarkiekondensators ein erster Schalter vorgesehen, der den zweiten Spannungswandler mit der Batterie verbindet, ein zweiter Schalter, der den zweiten Spannungswandler vom Autarkiekondensator trennt, sowie ein dritter Schalter, der den Autarkiekondensator über einen Meßwiderstand mit dem Bezugspotential der Batterie verbindet. Damit kann der zusätzliche Kondensator entfallen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine mobile Stromversorgungseinheit mit einem Autarkiekondensator für die Energiespeicherung, einem von einer Batterie gespeisten ersten Spannungswandler zur Aufladung des Autarkiekondensators und einem mit dem Autarkiekondensator verbundenen zweiten Spannungswandler zur Stromversorgung eines Lastelementes. Ferner betrifft diese Erfindung die Verwendung der mobilen Stromversorgungseinheit für elektronische Baugruppen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Steuergeräte für Sicherheitseinrichtungen, wie bspw. Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel.
- An solche Steuergeräte für Sicherheitseinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind hohe Anforderung hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit, insbesondere im Falle eines zur Auslösung der Sicherheitseinrichtungen führenden Unfalles. Hierzu ist es insbesondere erforderliche, daß die Stromversorgung solcher Steuergeräte in allen auftretenden Situationen, wie z. Bsp. zu starker Abfall der Batteriespannung oder sogar Ausfall der Batterie (im Falle eines Unfalles) sichergestellt ist.
- Aus der
DE 195 42 085 A1 ist eine Stromversorgungseinheit bekannt, die diese Anforderung erfüllt. Bei dieser bekannten Stromversorgungseinheit ist die Batterie mit einem Aufwärtswandler verbunden, der einen Autarkiekondensator auf einen über der Batteriespannung liegenden Spannungswert auflädt. Ein zweiter mit dem Aufwärtswandler verbundener Spannungswandler, der als Abwärtswandler ausgeführt ist, ist gleichzeitig mit dem Autarkiekondensator verbunden, so daß im Falle des Ausfalles der Bordnetzspannung, z. Bsp. bei einem den Funktionsausfall der Fahrzeugbatterie nach sich ziehenden Unfall, die Spannungsunterbrechung mittels des Autarkiekondensators überbrückt werden kann. Der Vorteil der Ver wendung solcher Wandler liegt darin, daß mit dem für die Aufladung des Autarkiekondensators vorgesehenen höheren Spannungsniveaus ein kleinerer Kapazitätswert des Autarkiekondensators ausreicht bzw. eine größere Energiemenge speicherbar ist. - Eine solche Stromversorgungseinheit mit zwei Spannungswandler zeigt als Stand der Technik die
2 . Dort ist ein über einen Zündschalter Sz von einer Batterie5 mit der Batteriespannung UBat versorgter Aufwärtswandler1 mit einem Abwärtswandler2 , der seine Ausgangsspannung UA einer Endstufe3 zur Auslösung einer Sicherheitseinrichtung4 zuführt, verbunden, wobei ein Autarkiekondensator CA über einen Umschalter S in der gezeichneten Stellung an die Verbindungsleitung der beiden Wandler angeschlossen ist. Neben diesem Autarkiekondensator CA ist ein weiterer. Kondensator CZu direkt an diese Verbindungsleitung angeschlossen, der die Aufgabe des eigentlichen Autarkiekondensators CA übernimmt, wenn dieser einer Funktionsüberprüfung unterzogen wird. Zur Durchführung dieser Funktionsprüfung wird der Umschalter S in seine andere Schalterstellung geschaltet, in der dieser Autarkiekondensator CA über einen Meßwiderstand R mit dem Bezugspotential der Fahrzeugbatterie5 verbunden wird. Die Steuerung des Umschalters S übernimmt ein Mikroprozessor μC, der zur Detektion der Batteriespannung UBat mit der Batterie5 verbunden ist. - Im Normalbetrieb wird bei geschlossenem Zündschalter Sz der mit dem Ausgang des Aufwärtswandlers
1 verbundene Autarkiekondensator CA auf die gegenüber der Batteriespannung UBat höheren Spannung UC aufgeladen. Ferner wird auch der Abwärtswandler2 mit dieser Spannung UC versorgt, der diese Spannung wieder auf einen für die Endstufe3 geeigneten niedrigeren Wert UA transformiert. - Im Falle der Detektion eines die Auslösung der Sicherheitseinrichtung
4 erforderlich machenden Unfalles wird die Sicherheitseinrichtung4 , bspw. ein Airbag über einen von dem Mikroprozessor μC der Endstufe3 übermittelten Zündbefehl ausgelöst. Wird im Zeitpunkt der Detektierung des Unfalles von dem Mikroprozessor μC ein Ausfall der Batterie5 festgestellt, wird über die in der2 eingezeichnete Stellung des Umschalters S der Abwärtswandler2 von dem Autarkiekondensators CA als Energiespei cher versorgt, um die nötige Zündenergie zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung als auch die Betriebsspannung für Schaltungsteile, wie den Abwärtswandler2 und die Endstufe3 bereitzustellen. - Die Anforderung an die Funktionssicherheit solcher, beispielhaft in
2 dargestellter Steuergeräte umfaßt auch die Funktionsprüfung des Autarkiekondensators CA während des Normalbetriebes. Hierzu wird von dem Mikroprozessor μC die Umschaltung des Umschalters S veranlaßt, womit der Autarkiekondensator CA mit dem Meßwiderstand R verbunden wird und hierüber kurzzeitig eine von dem Mikroprozessor μC gesteuerte Entladung stattfinden kann, um über das Entladeverhalten den Ladezustand (Kapazität) bzw. Funktionszustand des Autarkiekondensators CA zu bestimmen. Hierzu ist es erforderlich, daß der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand R von dem Mikroprozessor μC detektiert wird. - Um während dieser Überprüfung des Autarkiekondensators CA die Funktionssicherheit des Steuergerätes sicherzustellen, ist ein ebenfalls an die Verbindungsleitung der beiden Wandler
1 und2 angeschlossener, zusätzlicher Kondensator CZu vorgesehen, der die Energiespeicherung anstelle des Autarkiekondensators CA übernimmt. Neben dem nachteiligen Erfordernis dieses zusätzlichen, den Aufwand und damit auch die Kosten für ein solches Steuergerät erhöhenden Kondensators ist weiterhin nachteilig, daß der Umschalter S als Halbleiterbauelement so ausgelegt sein muß, daß er die bei der Ladung des Autarkiekondensators CA auftretenden Spitzenstromwerte übertragen kann, und daher hinsichtlich der Strombelastbarkeit groß ausgelegt sein muß. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stromversorgungseinheit der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei einfachem Schaltungsaufbau dennoch eine Prüfung des Autarkiekondensators durchgeführt werden kann, ohne Einbußen hinsichtlich der Funktionssicherheit hinzunehmen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hiernach wird zur Prüfung des Zustandes des Autarkiekondensators ein ersten Schalter, der den zweiten Spannungswandler mit der Batterie verbindet, ferner ein zweiter Schalter, der den zweiten Spannungswandler vom Autarkiekondensator trennt, und schließlich ein dritter Schalter, der den Autarkiekondensator über einen Meßwiderstand mit dem Bezugspotential der Batterie verbindet, eingesetzt.
- Damit entfällt kostensparend der im Stand der Technik zusätzlich verwendete diskrete Kondensator. Der anstelle des Umschalters erfindungsgemäß verwendete erste bzw. zweite Schalter kann jeweils deutlich kleiner hinsichtlich der Strombelastbarkeit als Halbleiterbauelemente, z. Bsp. als Transistoren ausgeführt werden, so daß im Vergleich zum Stand der Technik ein Vorteil hinsichtlich Bauteileaufwand und damit auch hinsichtlich der Kosten für die Stromversorgungseinheit verbleibt.
- Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit hat ferner gegenüber dem Stand der Technik gemäß
2 die Eigenschaft, daß ein autarkieloser Betrieb möglich ist, ohne daß der erste Wandler und der Autarkiekondensator in Betrieb genommen werden müssen. Bei einem Einsatz dieser erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit in Steuergeräten für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen kann dies mit Vorteil für für fahrzeuginterne Kommunikationszwecke verwendet werden; so wird bspw. beim Öffnen der Fahrzeugtür der CAN-Bus aktiviert, wodurch alle Bus-Teilnehmer, insbesondere auch das Steuergerät für die Sicherheitseinrichtungen aufgeweckt werden, mit der Folge, daß nur zwischen den Bus-Teilnehmern kommuniziert wird, ohne daß eine Autarkie- und Zündbereitschaft erforderlich ist. - Auch muß in vorteilhafter Weise für die Prüfung, insbesondere die Kapazitätsprüfung der Autarkiekondensator nicht vom ersten Wandler getrennt werden.
- Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß als erster Wandler ein Aufwärtswandler und als zweiter Wandler ein Abwärtswandler eingesetzt wird.
- Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit ist besonders vorteilhaft in Steuergeräten für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen einsetzbar.
- Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß
1 erläutert und dargestellt werden. -
1 zeigt eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinheit SV, wie sie beispielsweise in einem Steuergerät für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen verwendbar ist. In dieser1 sind der Einfachheit halber nicht alle für die Funktion eines solchen Steuergerätes erforderlichen Funktionseinheiten dargestellt, sondern nur solche, soweit diese zum Verständnis der Funktion der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinheit SV erforderlich sind. - Der Stromversorgungseinheit SV wird einem Eingang E über einen schließbaren Zündschalter Sz die von einer Fahrzeugbatterie
5 erzeugten Batteriespannung UBat zugeführt, während an einem Ausgang A eine Ausgangsspannung UA für eine Endstufe3 bereitgestellt wird. Erhält diese Endstufe3 von einem Mikroprozessor μC einen Auslösebefehl, führt dies zur Auslösung einer Sicherheitseinrichtung4 , wie bspw. einem Airbag. - Der Eingang E der Stromversorgungseinheit SV ist sowohl mit einem Eingang E1 eines Aufwärtswandlers
1 als auch über einen offenen Schalter S1 (Schließer) mit einem zweiten Eingang E22 eines Abwärtswandlers2 verbunden, dessen erster Eingang E21 über einen im Normalbetrieb geschlossenen Schalter S2 (Öffner) an einen Ausgang A1 des Aufwärtswandlers1 angeschlossen ist. Der Ausgang A2 des Abwärtswandlers2 bildet auch den Ausgang A der Stromversorgungseinheit SV. - Des weiteren ist ein Autarkiekondensator CA im Sinne eines Systemautarkiekondensators für die den Abwärtswandler
2 und die nachfolgenden Schaltungsteile vorgesehen, der über den Ausgang A1 des Aufwärtswandlers1 geladen wird. Parallel hierzu ist an diesen Ausgang A1 über einen im Normalbetrieb offenen Schalter S3 (Schließer) ein Meßwiderstand R geschaltet. - Der Mikroprozessor μC, in erster Linie verantwortlich für die Systemsteuerung hinsichtlich der Funktion Auslösung der Sicherheitseinrichtungen
4 , steuert auch die Stromversorgungseinheit SV. Hierzu gehört neben der Steuerung der Wandler1 und2 über Leitungen a und b auch die Steuerung der Schalter S1, S2 und S3 über Leitungen c, d und e. Die zur Steuerung dieser Wandler und dieser Schalter erforderlichen Informationen werden dem Mikroprozessor μC über Leitungen f und g zugeführt, wobei über die erste die Batteriespannung UBat und über die zweite der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand R bei geschlossenem Schalter S3 erfaßt wird. Schließlich werden auch die Ausgangsspannungen des Aufwärtswandlers1 über eine Leitung i und diejenige des Abwärtswandlers2 über eine Leitung h ebenfalls detektiert. - Im Normalbetrieb der Stromversorgungseinheit SV ist zunächst der Zündschalter Sz geschlossen und der Schalter S2 in den geschlossenen Zustand (wie in der Zeichnung dargestellt) gesteuert, so daß die beiden Wandler
1 und2 verbunden sind und damit am Ausgang des Abwärtswandlers2 die gewünschte Betriebsspannung UA als auch die Zündenergie für die Endstufe3 bereitsteht. Im Crashfall kann daher gegebenenfalls der Mikroprozessor μC über eine Leitung k einen Zündbefehl an die Endstufe3 zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung4 ausgeben. - Sollte im Fall der eine Auslösung der Sicherheitseinrichtung
4 erforderlich machenden Unfalles die Batteriespannung UBat unter einen vorgegebenen Schwellwert fallen, übernimmt der Autarkiekondensator CA die Spannungsversorgung des Abwärtswandlers2 und stellt auch die Zündenergie zur Verfügung. Der Aufwärtswandler1 wird in diesem Fall durch den Mikroprozessor μC über die Leitung a abgeschaltet. - Die Überprüfung des Autarkiekondensators CA während des Normalbetriebes wird nur dann durchgeführt, wenn dessen Kondensatorspannung einen Mindestwert aufweist und die Batteriespannung UBat ausreichend hoch ist, also bspw. über der Ausgangsspannung UA des Abwärtswandlers
2 liegt. Dann wird der Schalter SZ über entsprechende Steuerbefehle des Mikroprozessors μC geöffnet, während gleichzeitig der Schalter S1 geschlossen wird, womit über eine sogenannte Bypassleitung der Abwärtswandler2 über seinen zweiten Eingang E22 direkt mit der Batteriespannung UBat versorgt wird. Anschließend wird der Aufwärtswandler1 abgeschaltet und der Schalter S3 für eine vorgegebene Zeitdauer ge schlossen, während der der sich aus der Entladung des Autarkiekondensators Ca ergebende Verlauf des Spannungsabfalles an dem Meßwiderstand R erfaßt und ausgewertet wird, so daß eine Aussage über den Kapazitätswert des Autarkiekondensators Ca möglich wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise derEP 0 648 645 zu entnehmen. Nach der vorgegebenen Zeitdauer werden die Schalter S1, S2 und S3 wieder in den Ausgangszustand gesteuert. Während der Prüfdauer wird die Funktion der Stromversorgungseinheit SV dennoch sichergestellt, da der Abwärtswandler in dieser Zeit direkt aus der Batterie5 gespeist wird. Damit muß der Autarkiekondensator CA für die Kapazitätsmessung nicht vom Aufwärtswandler1 getrennt werden und infolgedessen kann er Störungen auf der Versorgungsleitung weiterhin auffangen. Der für die Zuschaltung des Meßwiderstandes R erforderliche Schalter S3 braucht nur für den Prüfstrom dimensioniert werden, so daß er hinsichtlich der Stromtragfähigkeit klein gehalten werden kann. - Bricht jedoch während der Kondensatorprüfung die Batteriespannung ein, nimmt also einen für den Betrieb des Abwärtswandlers
2 zu geringen Wert an, wird die Prüfung sofort abgebrochen, so daß die Spannungsversorgung des Abwärtswandlers2 sofort wieder aus dem Autarkiekondensator CA erfolgen kann. - Der wesentlichste Vorteil gegenüber dem Stand der Technik nach
2 liegt darin, daß nun die Kapazitätsmessung des Autarkiekondensators CA keinen weiteren Kondensator als diskretes Bauteil erforderlich macht. Demgegenüber ist der Aufwand für die zusätzlichen Schalter S1 und S2 fast vernachlässigbar, da diese hinsichtlich ihrer Strombelastung als Halbleiterbauelemente klein ausgelegt und im Rahmen des Designs eines zugehörigen ASICs berücksichtigt werden können. Vorteilhaft ist schließlich auch die Eigenschaft, daß ein autarkieloser Betrieb möglich ist, ohne den Aufwärtswandler1 und den Autarkiekondensator CA in Betrieb nehmen zu müssen.
Claims (3)
1) Mobile Stromversorgungseinheit (SV) mit
a)
einem Autarkiekondensator (CA) für die Energiespeicherung,
b)
einem von einer Batterie (5 ) gespeisten, ersten Spannungswandler
(1 ) zur Aufladung des Autarkiekondensators (CA),
und
c) einem mit dem Autarkiekondensator (CA)
verbundenen zweiten Spannungswandler (2 ) zur Stromversorgung
einer Last (3 ),
dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung des
Zustandes des Autarkiekondensators (CA)
d) ein ersten Schalter (S1) vorgesehen ist,
der den zweiten Spannungswandler (2 ) mit der Batterie (5 )
verbindet, e) ein zweiter Schalter (S2)
vorgesehen ist, der den zweiten Spannungswandler (2 ) vom
Autarkiekondensator (CA) trennt, und
f)
ein dritter Schalter (S3) vorgesehen ist,
der den Autarkiekondensator (CA) über einen
Meßwiderstand (R)
mit dem Bezugspotential der Batterie (5 ) verbindet.
Mobile Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß, der
erste Spannungswandler (1 ) ein Aufwärtswandler und der zweite Spannungswandler
(2 ) ein Abwärtswandler
ist.
Verwendung der mobilen Stromversorgung nach einem
der Ansprüche
1 oder 2 für
elektronische Baugruppen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Steuergeräte für Sicherheitseinrichtungen,
wie bspw. Airbags, Gurtstraffer oder Überrollbügel.
Priority Applications (2)
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DE2002155432 DE10255432A1 (de) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | Mobile Stromversorgungseinheit |
PCT/DE2003/003432 WO2004051823A1 (de) | 2002-11-28 | 2003-10-16 | Mobile stromversorgungseinheit mit einem autarkiekondensator |
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DE2002155432 DE10255432A1 (de) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | Mobile Stromversorgungseinheit |
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Publication Number | Publication Date |
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DE10255432A1 true DE10255432A1 (de) | 2004-06-09 |
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Family Applications (1)
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