DE10301528B4 - Energiebordnetz zur Versorung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit - Google Patents

Energiebordnetz zur Versorung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit Download PDF

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Abstract

Energiebordnetz zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit, mit – einem Generator (5), – einer mit dem Generator über das Bordnetz (3) verbundenen Hauptbatterie (1), – einer Vielzahl von an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern (V1, V2), von denen mindestens einer ein Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ist, wobei – der Hochleistungsverbraucher mit einer Stützbatterie (2) verbunden ist, welche über eine steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) an das Bordnetz (3) angeschlossen ist, – der Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ein Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit ist, – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine erste Schalteinheit (S1) aufweist, über welche die Hauptbatterie (1) mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine zweite Schalteinheit (S2) aufweist, über welche die Stützbatterie (2) mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, und – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine dritte Schalteinheit (S3) aufweist, über welche die Stützbatterie (2) mit dem Bordnetz (3) verbindbar ist, und – einem elektrischen Energiemanagement (12), welches zur Erzeugung von Steuersignalen (s1, s2, s3) für die Schalteinheiten (S1, S2, S3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – es in einem Pufferbetrieb betreibbar ist und das elektrische Energiemanagement (12) derart ausgebildet ist, dass es in dieser Pufferbetriebsart die Steuersignale für die Schalteinheiten derart erzeugt, dass die erste Schalteinheit (S1) geschlossen, die zweite Schalteinheit (S2) geschlossen und die dritte Schalteinheit (S3) geöffnet ist, – das elektrische Energiemanagement (2) Mittel zur schnellen Erkennung des Vorliegens einer Unterspannung aufweist, die in Form eines analogen Komparators realisiert sind und beim Auftreten eines plötzlichen Verlustes der Leistungsfähigkeit der Hauptbatterie (1), der durch eine Batteriezustandserkennung (18) nicht prognostiziert werden kann und sich auch nicht in einem ansteigenden Innenwiderstand der Hauptbatterie (1) widerspiegelt, die zweite Schalteinheit (S2) zur Einleitung eines temporären Pufferbetriebes in den leitenden Zustand bringt, und dass – eine Ladephase der Stützbatterie (2) eingeleitet wird, wenn die Ruhespannung der Stützbatterie (2) einen vorgegebenen, applikationsabhängigen Schwellenwert unterschreitet, welcher so festgesetzt ist, dass der Ladezustand der Stützbatterie (2) stets einen zur Versorgung der Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ausreichenden Wert aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiebordnetz zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderngen an die Verfügbarkeit.
  • Stand der Technik
  • Es sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die mit einer elektrohydraulischen Bremse ausgestattet sind. Eine derartige elektrohydraulische Bremes ist ein Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit. Das Energiebordnetz derartiger Kraftfahrzeuge muss folglich diesen erhöhten Anforderungen gerecht werden.
  • Weiterhin sind bereits Kraftfahrzeuge bekannt, die mit einer elektromechanischen Parkbremse ausgestattet sind. Auch bei einer elektromechanischen Parkbremse handelt es sich um einen Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderngen an die Verfügbarkeit. Folglich muss auch das Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches eine elektromechanische Parkbremse aufweist, erhöhten Anforderungen gerecht werden.
  • In der DE 102 28 350 A1 wird ein Energiebordnetz mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen beschrieben. Der dort angegebene Hochleistungsverbraucher ist ein elektrischer Zusatzverdichter. Bei einem elektrischen Zusatzverdichter handelt es sich um einen Hochleistungsverbraucher, dessen Funktionen nur sehr begrenzt sicherheitsrelevant sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein elektrischer Zusatzverdichter in typischen Fahrzyklen nur in ca. 5% der Gesamtdauer elektrische Energie aufnimmt. Die vom elektrischen Zusatzverdichter aufgenommene Durchschnittsleistung ist mit 25 W gering. Dies erlaubt es, eine dem elektrischen Zusatzverdichter zugeordnete zweite Batterie, deren Hauptaufgabe die Versorgung des elektrischen Zusatzverdichters ist, in den verbleibenden 95% der Gesamtdauer des Fahrzyklus aus dem Bordnetz nachzuladen. Die zweite Batterie und der elektrische Zusatzverdichter sind Bestandteile eines Inselnetzes, welches über ein steuerbares Lade- und Trennmodul an das übrige Bordnetz anschaltbar und von diesem trennbar ist. Die zugehörige Ansteuerung des Lade- und Trennmoduls erfolgt durch ein elektrisches Energiemanagement. Ein Anschalten der zweiten Batterie an das Bordnetz erfolgt zum Nachladen der zweiten Batterie aus dem Bordnetz und auch bei einem Starten des Verbrennungsmotors, um Spannungseinbrüche auf dem Bordnetz zu vermeiden bzw. zu begrenzen. Ein Abtrennen der zweiten Batterie vom Bordnetz erfolgt stets bei einer Aktivierung des elektrischen Zusatzverdichters, um Rückwirkungen auf das übrige Bordnetz bzw. die daran angeschlossenen Verbraucher zu vermeiden. Ein Abtrennen der zweiten Batterie vom Bordnetz erfolgt auch dann, wenn im Bordnetz Fehler erkannt werden, und in Ruhephasen.
  • In der DE 101 50 379 A1 ist eine redundante Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher in einem Bordnetz beschrieben. In diesem bekannten Bordnetz werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher jeweils über zwei separate Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist jeder der Verbraucher über eine erste Versorgungsleitung an eine erste Energiequelle und über eine zweite Versorgungsleitung an eine zweite Energiequelle angeschlossen. Bei einem Ausfall einer der Energiequellen oder einem Fehler in einer der Versorgungsleitungen übernimmt jeweils die andere, redundante Versorgungsleitung die Versorgung des Verbrauchers.
  • Aus der DE 199 57 478 A1 ist ein Zwei-Batteriesystem bekannt, umfassend einen Starter, einen Generator, eine Starterbatterie, eine Bordnetzbatterie, bordnetzspezifische Verbraucher und startrelevante Verbraucher. Zwischen der Bordnetzbatterie und der Starterbatterie ist ein Leistungsschalter angeordnet, der durch ein die Erregung des Generators erfassendes Signal steuerbar ist, wobei die bordnetzspezifischen Verbraucher fest der Bordnetzbatterie und die startrelevanten Verbraucher fest der Starterbatterie zugeordnet sind.
  • Aus der DE 198 55 245 A1 ist eine redundante Spannungsversorgung für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz bekannt, die einen Generator aufweist, welcher zwei getrennte Spannungszweige versorgt, die jeweils mit einem eigenen Spannungsspeicher in Verbindung stehen und mit den elektrischen Verbrauchern verbindbar sind. Zwischen jeder Batterie und dem zugehörigen Spannungszweig liegen Umschaltmittel. Zwischen jeder Batterie und den Verbrauchern sind weitere Umschaltmittel vorgesehen.
  • Aus der DE 198 42 657 A1 ist ein Zwei-Batteriesystem bekannt, umfassend eine Starterbatterie, einen Generator, Primärverbraucher, eine Bordnetzbatterie, einen Starter und einen zwischen Starterbatterie und Bordnetzbatterie angeordneten Leistungsschalter, über den beim Startvorgang die Starterbatterie und die Bordnetzbatterie parallel zusammenschaltbar sind. Des Weiteren ist parallel zum Leistungsschalter ein Power-MOSFET angeordnet.
  • Aus der DE 198 38 003 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stabilisierten Verbraucherspannung bekannt, welche Mittel zur Unterspannungserkennung aufweist, die wenigstens einen Komparator umfassen.
  • Aus der DE 102 51 589 A1 ist ein Bordnetz zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit des Bordnetzes bekannt. Das Bordnetz weist wenigstens zwei Teilbordnetze auf, in denen jeweils eine Versorgungsspannung zur Verfügung steht. Weiterhin ist ein Verbraucher vorgesehen, der an eines der Teilbordnetze angeschlossen ist. Der Verbraucher ist über zwei verschiedene Versorgungswege mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar. Die beiden Versorgungswege sind durch Entkopplungsmittel voneineander entkoppelt.
  • Aus der FR 27 29 901 ist eine Energiemanagementeinheit für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dieses Bordnetz ist zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit vorgesehen. Des Weiteren weist die bekannte Anordnung einen Generator, einen mit dem Generator über das Bordnetz verbundenen ersten Energiespeicher und eine Vielzahl von an das Bordnetz angeschlossenen weiteren Verbrauchern auf. Der Hochleistungsverbraucher ist mit einem zweiten Energiespeicher verbunden, welcher über eine steuerbare Lade- und Trenneinheit an das Bordnetz angeschlossen ist. Die steuerbare Lade- und Trenneinheit weist erste Schaltmittel, über welche der erste Energiespeicher mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, zweite Schaltmittel, über welche der zweite Energiespeicher mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, und dritte Schaltmittel, über welche der zweite Energiespeicher mit dem Bordnetz verbindbar ist, auf.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Versorgung des Hochleistungsverbrauchers zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Energiebordnetz mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein Energiebordnetz gemäß der Erfindung ist mit Mitteln zur schnellen Erkennung des Vorliegens einer Unterspannung versehen. Diese Mittel sind in Form eines analogen Komparators realisiert. Dessen Ausgangssignale werden dazu verwendet, die im Signalweg zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit angeordnete Schalteinheit durchlässig zu schalten, so dass auch bei einem plötzlichen Auftreten einer Unterspannung die Weiterversorgung des Hochleistungsverbrauchers sichergestelt ist. Um schnell auf das Vorliegen einer plötzlich auftretenden Unterspannung reagieren zu können, ist die zweite Schalteinheit vorzugsweise als MOSFET realisiert.
  • Ein Energiebordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erlaubt des Weiteren ein separates Anlegen jeder der beiden Energiequellen an den Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit. Es erlaubt weiterhin ein gleichzeitiges Anlegen beider Energiequellen an den Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit.
  • Ferner erlaubt es ein von der Stellung der ersten und zweiten Schalteinheit unabhängiges Nachladen des zweiten Energiespeichers.
  • In vorteilhafter Weise werden in einer Motorstartbetriebsart Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anfordernungen an die Verfügunbarkeit ausschließlich aus dem zweiten Energiespeicher versorgt, so dass Spannungseinbrüche im übrigen Bordnetz keinen Einfluss auf diese Hochleistungsverbraucher haben.
  • Weiterhin wird in vorteilhafter Weise dann, wenn bei geringer Leistungsfähigkeit des ersten Energiespeichers die Leistungsfähigkeit des zugeschalteten zweiten Energiespeichers nicht für die Stabilisierung des gesamten Bordnetzes ausreicht, die Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit geöffnet. Folglich wird in diesem Fall der zweite Energiespeicher ausschließlich zur Versorgung des Hochleistungsverbrauchers verwendet, so dass dessen weitere Funktionsweise sichergestellt ist. Insbesondere kann auf diese Weise ein Abbremsen mittels einer elektrohydraulischen Bremse und ein nachfolgendes Betätigen einer elektromechanischen Parkbremse gewährleistet werden. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe von Bedeutung, da diese Fahrzeuge im Unterschied zu Fahrzeugen mit Schaltautomatik nicht mittels einer Getriebesperre arretiert werden können.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhaften Erläuterung anhand der Zeichnung.
  • Zeichnung
  • Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Energiebordnetzes zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit.
  • Beschreibung
  • Das in der Figur dargestellte Energiebordnetz enthält als ersten Energiespeicher 1 die Hauptbatterie eines Kraftfahrzeugs und als zweiten Energiespeicher 2 eine Stützbatterie.
  • Die Hauptbatterie 1 steht über einen Batterietrennschalter 13 mit einem Bordnetzgenerator 5 in Verbindung. Dieser Bordnetzgenerator ist ein riemenbetriebener Generator mit Regler 6. Weiterhin ist der Starter 7 dargestellt, der über das Starter-Relais 8 mit dem Bordnetz 3 verbunden ist. Alternativ zu den Bauteilen 58 kann auch ein auf der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs angeordneter integrierter Startergenerator vorgesehen sein.
  • Weiterhin steht die Hauptbatterie 1 über den Batterietrennschalter 13 und die Sicherungen 19 mit einem ersten Signal- und Leistungsverteiler 4 und einem zweiten Signal- und Leistungsverteiler 21 in Verbindung. An die Ausgänge des Signal- und Leistungsverteilers 4 sind Verbraucher V1 angeschlossen. Die Ausgänge des Signal- und Leistungsverteilers 21 sind mit Verbrauchern V2 verbunden. Die den Verbrauchern V1 und V2 vorgeschalteten Signal- und Leistungsverteiler 4 und 21 enthalten unter anderem Feinsicherungen, Relais und/oder Schalter für eine Zu- und Abschaltung der genannten Verbraucher im Sinne eines Verbrauchermanagements.
  • Die Stützbatterie 2 ist über eine Lade- und Trenneinheit 16 mit der Hauptbatterie 1 verbunden und steht weiterhin uber die Lade- und Trenneinheit 16 und den Batterietrennschalter 13 mit dem Bordnetz 3 in Verbindung. Weiterhin ist die Stützbatterie 2 über die Lade- und Trenneinheit 16 und eine Sicherung 14 auch an zwei parallel zueinander angeordnete Hochleistungsverbraucher 15a, 15b mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit angeschlossen. Beim Hochleistungsverbraucher 15a handelt es sich um die Ventile, das Steuergerät und den Pumpenmotor einer elektrohydraulischen Bremse. Der Hochleistungsverbraucher 15b ist eine elektromechanische Parkbremse.
  • Die Lade- und Trenneinheit 16 weist eine erste Schalteinheit S1, eine zweite Schalteinheit S2 und eine dritte Schalteinheit S3 auf. Die erste Schalteinheit S1 ist im Pfad zwischen der Hauptbatterie 1 und den Hochleistungsverbrauchern 15a und 15b angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2, bei der es sich vorzugsweise um einen als MOSFET realisierten Schalter handelt, befindet sich im Pfad zwischen der Stützbatterie 2 und den Hochleistungsverbrauchern 15a und 15b. Die dritte Schalteinheit S3, vorzugsweise ein Relais, ist zwischen der Hauptbatterie 1 und der Stützbatterie 2 und – bei geschlossenem Batterietrennschalter 13 – auch zwischen der Stützbatterie 2 und dem Bordnetz 3 angeordnet.
  • Der Generator 5 wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs von einem Verbrennungsmotor 9 angetrieben, dessen Betrieb von einem Motormanagement 10 gesteuert wird. Das Motormanagement 10 steht über den CAN-Bus 11 mit einem elektrischen Energiemanagement 12 in Verbindung. Dieses elektrische Energiemanagement 12 ist für eine intelligente Koordination des Bordnetz-Energieflusses, eine optimierte Nachladung der an das Bordnetz 3 angeschlossenen Batterien 1 und 2, die Steuerung der Lade- und Trenneinheit 16, eine Beeinflussung der Generatorreglung, beispielsweise unter Verwendung einer bitsynchronen Schnittstelle 17, das Verbrauchermanagement und eine Beeinflussung des Motormanagements 10 über den CAN-Bus 11 vorgesehen.
  • Das elektrische Energiemanagement 12 bezieht Eingangssignale von einer Batteriezustandserkennung 18, die an die erste Batterie 1 angeschlossen ist, um deren Zustand zu ermitteln. Zu diesem Zweck wertet die Batteriezustandserkennung 18 die Batteriespannung u(t), den Batteriestrom i(t) und die Batterietemperatur δ(t) der Hauptbatterie 1 sowie die Batteriespannung u(t) der Stützbatterie 2 aus.
  • Zur Steuerung der Lade- und Trenneinheit 16 stellt das Energiemanagement 12 Steuersignale s1 fur die erste Schalteinheit S1, Steuersignale s2 für die zweite Schalteinheit S2 und Steuersignale s3 für die dritte Schalteinheit S3 zur Verfugung. Weiterhin generiert das Energiemanagement 12 auch Schaltsignale zur Zu- und Abschaltung der Verbraucher V1 und V2.
  • Das in der 1 dargestellte Energiebordnetz ist in verschiedenen Betriebsarten betreibbar.
  • Eine dieser Betriebsarten ist der Ruhezustand. In diesem Ruhezustand ist die erste Schalteinheit S1 durchlässig gestaltet, d. h. geschlossen, die zweite Schalteinheit S2 ist geöffnet und die dritte Schalteinheit S3 ist ebenfalls geöffnet. Folglich sind im Ruhezustand das Bordnetz 3 und auch die Hochleistungsverbraucher 15a und 15b mit der Hauptbatterie 1 verbunden. Es tritt lediglich ein Ruhestromverbrauch auf.
  • Eine weitere Betriebsart ist der Motorstart. In dieser Motorstartbetriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geöffnet, die zweite Schalteinheit S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Demzufolge sind die Hochleistungsverbraucher 15a und 15b in der Startbetriebsart von Hauptbatterie 1 getrennt und werden ausschließlich aus der Stützbatterie versorgt. Folglich hat ein in der Startphase auftretender Spannungseinbruch im Bordnetz 3 keinen Einfluss auf die Hochleistungsverbraucher 15a und 15b. Das elektrische Energiemanagement 12 erzeugt die notwendigen Steuersignale für die Schalteinheiten S1, S2 und S3 entweder nach einem Aufwecken des Steuergerätes der elektrohydraulischen Bremse oder – bei Vorliegen eines elektrischen Zündschlosses – durch Auswertung des Klemme 50-Signals, wobei dem elektrischen Energiemanagement 12 die genannten Informationen über den CAN-Bus 11 zugeleitet werden. Sobald der Generator 5 Energie in das Bordnetz 3 einspeist, was durch Auswertung des an Klemme 61 verfügbaren Signals erkannt wird, oder nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls wird die Schalteinheit S1 geschlossen und anschließend die Schalteinheit S2 geöffnet, um den Normalbetrieb herbeizuführen.
  • In dieser Normalbetriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen, die zweite Schalteinheit S2 geoffnet und die dritte Schalteinheit S3 ebenfalls geöffnet. In dieser Betriebsart erfolgt ein Nachladen der Hauptbatterie 1.
  • Die Hauptbatterie puffert in dieser Betriebsart Leistungsspitzen für das gesamte Bordnetz.
  • Eine weitere Betriebsart ist das Laden der Stützbatterie 2. In dieser Betriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen, die zweite Schalteinheit S2 geöffnet und die dritte Schalteinheit S3 geschlossen. Die Ladephase der Stützbatterie wird eingeleitet, wenn die Ruhespannung der Stützbatterie 2 einen vorgegebenen, applikationsabhängigen Schwellenwert unterschreitet. Die zwischen der Stützbatterie 2 und der zweiten Schalteinheit S2 vorgesehene Diode 20 verhindert, dass die Stützbatterie 2 kontinuierlich über die parasitäre Diode des die zweite Schalteinheit 2 realisierenden MOSFETs geladen wird. Dadurch wird auch die Genauigkeit der Ruhespannungsmessung gesteigert. Der Schwellenwert für das Nachladen ist so festzusetzen, dass der Ladezustand der Stützbatterie 2 stets einen zur Versorgung der Verbraucher 15a und 15b ausreichenden Wert aufweist.
  • Eine weitere Betriebsart ist der Pufferbetrieb. In dieser Pufferbetriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geschlossen, die zweite Schalteinheit S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Die Pufferbetriebsart wird dann eingeleitet, wenn die Batteriezustandserkennung 18 das Vorliegen einer zu geringen Leistungsfähigkeit der Hauptbatterie 1 erkennt. Ist dies der Fall, dann wird die zweite Schalteinheit S2 leitend geschaltet, so dass die Pufferwirkung des gesamten Bordnetzes um die Leistungsfähigkeit der Stützbatterie 2 erweitert wird.
  • Tritt hingegen ein plötzlicher Verlust der Leistungsfahigkeit der Hauptbatterie 1 auf, der durch die Batteriezustandserkennung 18 nicht prognostiziert werden kann und sich auch nicht in einem ansteigenden Innenwiderstand der Hauptbatterie 1 widerspiegelt, dann wird die als MOSFET realisierte zweite Schalteinheit S2 von einer schnellen Unterspannungserkennung in den leitenden Zustand gebracht. Diese schnelle Unterspannungserkennung ist vorzugsweise in Form eines analogen Komparators realisiert, in welchem die gemessene Spannung mit einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert verglichen wird. Unterschreitet die gemessene Spannung den vorgegebenen Spannungsschwellenwert, dann liegt eine Unterspannung vor und es wird die zweite Schalteinheit S2 durchlässig geschaltet, um einen temporären Pufferbetrieb einzuleiten. Der genannte analoge Komparator ist Bestandteil des elektrischen Energiemanagements.
  • Besteht die Notwendigkeit, diese Pufferbetriebsart über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, dann wird die dritte Schalteinheit S3 geschlossen und die zweite Schalteinheit S2 geöffnet. Diese Notwendigkeit besteht beispielsweise dann, wenn die Unterspannungserkennung mehrmals nacheinander ein Unterschreiten des vorgegebenen Spannungschwellenwertes erkennt.
  • Eine weitere Betriebsart ist ein Notbetrieb. In dieser Notbetriebsart ist die erste Schalteinheit S1 geöffnet, die zweite Schalteinheit S2 geschlossen und die dritte Schalteinheit S3 geöffnet. Diese Betriebsart wird dann eingeleitet, wenn im Pufferbetrieb die Leistungsfähigkeit der Stützbatterie 2 nicht mehr für eine Stabilisierung des gesamten Bordnetzes ausreicht. Wird dies erkannt, dann wird die zweite Schalteinheit S2 geöffnet. Nach diesem Öffnen von S2 erfolgt die Versorgung der Hochleistungsverbraucher 15a und 15b ausschließlich aus der Stutzbatterie 2 um sicherzustellen, dass diese Hochleistungsverbraucher, bei denen es sich vorzugsweise um eine elektrohydraulische Bremse und eine elektromechanische Parkbremse handelt, funktionsfähig bleiben.
  • Ware diese Versorgung der elektrohydraulischen Bremse und der elektromechanischen Parkbremse nicht sichergestellt, dann waren Fahrzeuge nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors spannungslos und könnten nicht mehr festgebremst werden.
  • Nach alledem ist ein Energiebordnetz gemäß der Erfindung insbesondere dazu in der Lage, die im Zusammenhang mit einer elektrohydraulischen Bremse vorliegenden gesteigerten Anforderungen an die elektrische Energieversorgung in Kraftfahrzeugen zu erfüllen. Neben einer größeren Leistung mit einer maximalen Stromamplitude von 120 A zählt zu diesen Anforderungen auch eine gesteigerte Spannungsstabilität, die auch in der Startphase des Motors gegeben ist.
  • Eine elektromechanische Parkbremse bietet als Komfortfunktion Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Feststellbremse oder Handbremse. In einem Energiebordnetz gemäß der Erfindung ist sichergestellt, dass die Funktion einer elektromechanischen Parkbremse auch dann gegeben ist, wenn das Fahrzeug abgestellt ist, d. h. der Motor abgeschaltet ist, oder dann, wenn die Hauptbatterie ausgefallen ist.
  • Die Erfindung ist auch im Zusammenhang mit anderen oder zusatzlichen Hochleistungsverbrauchern mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit einsetzbar, beispielsweise einem automatischen „Hillholder”, der das Fahrzeug bei einem Anhalten am Berg abbremst, oder bei einer Anfahrunterstützung, die das Fahrzeug bei einem Anfahren am Berg gegen ein Rückwärtsrollen absichert.
  • Unabhängig davon bietet ein Energiebordnetz gemäß der Erfindung auch erweiterte Diagnosefunktionen.
  • Der in der 1 dargestellte Batterietrennschalter 13 ist bei allen vorstehend beschriebenen Betriebsarten in geschlossenem Zustand. Er ist lediglich dazu vorgesehen, nach einem erkannten Fahrzeug-Crash die lange Starterleitung beim Vorliegen einer Batterie im Kofferraum des Fahrzeugs von der Batterie zu trennen, um die Kurzschluss- und Brandgefahr zu reduzieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Erster Energiespeicher (Hauptbatterie)
    2
    Zweiter Energiespeicher (Stützbatterie)
    3
    Bordnetz
    4
    Signal- und Leistungsverteiler
    5
    Bordnetzgenerator
    6
    Generatorregler
    7
    Starter
    8
    Starter-Relais
    9
    Verbrennungsmotor
    10
    Motormanagement
    11
    CAN-Bus
    12
    Elektrisches Energiemanagement
    13
    Batterietrennschalter
    14
    Sicherung
    15a
    Hochleistungsverbraucher (elektrohydraulische Bremse)
    15b
    Hochleistungsverbraucher (elektromechanische Parkbremse)
    16
    Lade- und Trenneinheit
    17
    Bitsynchrone Schnittstelle
    18
    Batteriezustandserkennung
    19
    Sicherungen
    20
    Diode
    21
    Signal- und Leistungsverteiler
    V1
    Verbraucher
    V2
    Verbraucher
    S1, S2, S3
    Schalteinheiten
    s1, s2, s3
    Steuersignale

Claims (9)

  1. Energiebordnetz zur Versorgung eines Hochleistungsverbrauchers mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit, mit – einem Generator (5), – einer mit dem Generator über das Bordnetz (3) verbundenen Hauptbatterie (1), – einer Vielzahl von an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern (V1, V2), von denen mindestens einer ein Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ist, wobei – der Hochleistungsverbraucher mit einer Stützbatterie (2) verbunden ist, welche über eine steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) an das Bordnetz (3) angeschlossen ist, – der Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ein Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit ist, – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine erste Schalteinheit (S1) aufweist, über welche die Hauptbatterie (1) mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine zweite Schalteinheit (S2) aufweist, über welche die Stützbatterie (2) mit dem Hochleistungsverbraucher verbindbar ist, und – die steuerbare Lade- und Trenneinheit (16) eine dritte Schalteinheit (S3) aufweist, über welche die Stützbatterie (2) mit dem Bordnetz (3) verbindbar ist, und – einem elektrischen Energiemanagement (12), welches zur Erzeugung von Steuersignalen (s1, s2, s3) für die Schalteinheiten (S1, S2, S3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – es in einem Pufferbetrieb betreibbar ist und das elektrische Energiemanagement (12) derart ausgebildet ist, dass es in dieser Pufferbetriebsart die Steuersignale für die Schalteinheiten derart erzeugt, dass die erste Schalteinheit (S1) geschlossen, die zweite Schalteinheit (S2) geschlossen und die dritte Schalteinheit (S3) geöffnet ist, – das elektrische Energiemanagement (2) Mittel zur schnellen Erkennung des Vorliegens einer Unterspannung aufweist, die in Form eines analogen Komparators realisiert sind und beim Auftreten eines plötzlichen Verlustes der Leistungsfähigkeit der Hauptbatterie (1), der durch eine Batteriezustandserkennung (18) nicht prognostiziert werden kann und sich auch nicht in einem ansteigenden Innenwiderstand der Hauptbatterie (1) widerspiegelt, die zweite Schalteinheit (S2) zur Einleitung eines temporären Pufferbetriebes in den leitenden Zustand bringt, und dass – eine Ladephase der Stützbatterie (2) eingeleitet wird, wenn die Ruhespannung der Stützbatterie (2) einen vorgegebenen, applikationsabhängigen Schwellenwert unterschreitet, welcher so festgesetzt ist, dass der Ladezustand der Stützbatterie (2) stets einen zur Versorgung der Hochleistungsverbraucher (15a, 15b) ausreichenden Wert aufweist.
  2. Energiebordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit eine elektrohydraulische Bremse (15a) ist.
  3. Energiebordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungsverbraucher mit erhöhten Anforderungen an die Verfügbarkeit eine elektromechanische Parkbremse (15b) ist.
  4. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit (S2) eine MOSFET ist.
  5. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schalteinheit (S3) ein Relais ist.
  6. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiemanagement (12) mit einem Datenbus (11) des Fahrzeugs verbunden ist.
  7. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Motorstartbetriebsart aufweist und das elektrische Energiemanagement (12) derart ausgelegt ist, dass es in dieser Motorstartbetriebsart die Steuersignale für die Schalteinheiten derart erzeugt, dass die erste Schalteinheit (S1) geöffnet, die zweite Schalteinheit (S2) geschlossen und die dritte Schalteinheit (S3) geöffnet ist.
  8. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Notbetriebsart aufweist und das elektrische Energiemanagmenet (12) derart ausgelegt ist, dass es in dieser Notbetriebsart die Steuersignale für die Schalteinheiten derart erzeugt, dass die erste Schalteinheit (S1) geöffnet, die zweite Schalteinheit (S2) geschlossen und die dritte Schalteinheit (S3) geöffnet ist.
  9. Energiebordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagement derart ausgelegt ist, dass es dann, wenn die Mittel zur schnellen Erkennung des Vorliegens einer Unterspannung mehrmals nacheinander das Vorliegen einer Unterspannung detektieren, ein Steuersignal für die Schalteinheiten derart erzeugt, dass die erste Schalteinheit (S1) geschlossen, die zweite Schalteinheit (S2) geöffnet und die dritte Schalteinheit (S3) geschlossen ist.
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