DE19948656A1

DE19948656A1 - Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19948656A1
Application number: DE19948656A
Authority: DE
Inventors: Richard Regler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-12

Abstract

Eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie, einen ersten Stromkreis mit einer Bordnetzbatterie (1) und mindestens einem Bordnetzverbraucher (2) sowie einen zweiten Stromkreis mit einer Zusatzbatterie (6), die einem bestimmten weiteren Verbraucher (7), insbesondere einem elektrohydraulischen Bremssystem, zugeordnet ist. Eine Überwachungsschaltung (8) dient zur Überwachung der von der Zusatzbatterie (6) gelieferten elektrischen Spannung (U¶EHB¶) und speist abhängig von dem Betrag der von der Zusatzbatterie (6) gelieferten elektrischen Spannung (U¶EHB¶) einen elektrischen Strom aus dem ersten Stromkreis (1, 2) in den zweiten Stromkreis (6, 7) ein, um Spannungseinbrüche ausgleichen und einen zuverlässigen Betrieb des elektrohydraulischen Bremssystems (7) gewährleisten zu können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiever sorgungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, welche insbesondere zum Betrieb eines elektrohydrau lischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.

Bei elektrischen Bremsanlagen erfolgt die Übertragung des bei einer Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer er zeugten Bremsanforderungssignals nicht auf hydraulischem oder pneumatischem Wege, sondern mittels elektrischer Stromleitungen, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit des Bremsanforderungssignals erhöht und ein schnelleres Auslösen der Bremsfunktion erzielt werden kann. Die eigentliche Bremsfunktion wird dabei auf herkömmliche Weise von einem pneumatischen oder hydraulischen Brems system wahrgenommen.

Da das Bremssystem den für die Fahrsicherheit wichtigsten Bestandteil des Kraftfahrzeugs darstellt, muß ein zuver lässiger Betrieb des Bremssystems gewährleistet sein. Daher ist die Verwendung eines separaten Energiespeichers bzw. einer Zusatzbatterie für das Bremssystem vorge schrieben, wobei diese Zusatzbatterie zusammen mit der Bordnetzbatterie des Kraftfahrzeugs über eine gemeinsame Energiequelle aufgeladen und nachgespeist wird. Als gemeinsame Energiequelle dient dabei herkömmlicherweise ein Generator. Eine derartige Energieversorgungsvorrich tung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist beispiels Weise in der EP 0 519 179 B1 beschrieben.

Auch in der DE 44 22 231 C2 ist eine Energieversorgungs vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben. Diese Energieversorgungsvorrichtung umfaßt einen an den Generator eines Kraftfahrzeugs ange schlossenen primären Stromkreis mit einem primären Energiespeicher, der einem primären Verbraucher zuge ordnet ist, und einen sekundären Stromkreis mit einem sekundären Energiespeicher, der einem sekundären Verbrau cher, beispielsweise der Heizeinrichtung eines Abgaskata lysators, zugeordnet ist. Zwischen den beiden Stromkrei sen ist zudem eine Reglereinheit angeordnet, die einen mit dem Generator verbundenen regelbaren Widerstand umfaßt und den Ladezustand des sekundären Energie speichers überwacht, um abhängig von dem augenblicklichen Ladezustand des sekundären Energiespeichers den regelbaren Widerstand derart anzusteuern und den sekundären Verbraucher derart zu- und abzuschalten, daß einerseits der primäre Stromkreis beim Laden des sekundären Energiespeichers nicht überlastet und andererseits beim Entladen des sekundären Energie speichers eine vorgegebene Restladung nicht unterschrit ten wird.

In der DE 44 22 231 C2 ist jedoch nicht die Verwendung der zuvor beschriebenen Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrohydraulisches Bremssystems beschrieben. Zudem muß die oben erwähnte Reglereinheit bei dieser Energieversorgungsvorrichtung kontinuierlich den Ladezu stand des sekundären Energiespeichers, d. h. der Zusatz batterie, überwachen, was jedoch relativ aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, eine Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahr zeug vorzuschlagen, bei dem mit relativ einfachen Mitteln und geringem schaltungstechnischem Aufwand ein zuverlässiger Betrieb eines mit einem separaten Energiespeicher betriebenen elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrohydraulischen Bremssystems, gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Energieversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung um fasst, wie an sich bekannt ist, einen ersten (primären) Stromkreis mit einem ersten Energiespeicher, der mindestens einem elektrischen Verbraucher zugeordnet ist, und einen zweiten (sekundären) Stromkreis mit einem zweiten Energiespeicher, der mindestens einem bestimmten weiteren Verbraucher, beispielsweise einem elektrohydrau lischen Bremssystem, zugeordnet ist. Beide Stromkreise bzw. deren Energiespeicher sind mit einem Generator verbunden, über den sie jeweils aufgeladen werden. Der Generator dient als Energiequelle für die gesamte Energieversorgungsvorrichtung, während die beiden Energiespeicher zur Kompensation von Spannungsspitzen, zum Ausgleich einer schlechten Energiebilanz oder als Energiequelle bei Ausfall des Generators dienen. Darüber hinaus ist eine Überwachungsschaltung zur Überwachung der von dem zweiten Energiespeicher gelieferten elektrischen Spannung vorgesehen, wobei die Überwachungsschaltung zwischen den ersten Stromkreis und den zweiten Stromkreis geschaltet ist und abhängig von dem Wert der von dem zweiten Energiespeicher gelieferten elektrischen Spannung einen elektrischen Strom aus dem ersten Stromkreis in den zweiten Stromkreis einspeist.

Wird als von dem zweiten Energiespeicher zu betreibender Verbraucher ein elektrohydraulisches Bremssystem verwendet, können auf diese Weise Spannungseinbrüche im Stromkreis des Bremssystems ausgeregelt werden, und das Zuschalten weiterer Verbraucher an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs bleibt ohne Einfluß auf die Funktion des elektrohydraulischen Bremssystems. Ein sogenanntes Fading und ein daraus resultierendes Versagen des elektrohydraulischen Bremssystems kann daher vermieden werden. Zur Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs des elektrohydraulischen Bremssystems ist somit eine redundante Energieversorgung des elektrohydraulischen Bremssystems vorgesehen, da bei Ausfall des Generators sowie des als Zusatzbatterie dienenden zweiten Energiespeichers der Energiespeicher des ersten Stromkreises als Hilfsenergiequelle für das elektrohydraulische Bremssystem dienen kann.

Die Überwachungsschaltung kann insbesondere derart ausgestaltet sein, daß sie die von dem zweiten Energiespeicher gelieferte Spannung mit einer Referenzspannung vergleicht, welche aus der von dem ersten Energiespeicher gelieferten Spannung abgeleitet wird. Der Betrieb des elektrohydraulischen Bremssystems kann somit durch einen einfachen Spannungsvergleich realisiert werden, d. h. das aufwendigere Überwachen des Ladezustands des zweiten Energiespeichers ist nicht erforderlich.

Dennoch kann zusätzlich in Kombination mit einem Spannungswandler, welcher zwischen den Generator und den zweiten Stromkreis zu schalten ist, wahlweise eine Diagnose- oder Steuereinheit verwendet werden, welche den Ladezustand des zweiten Energiespeichers überwacht und bei vollgeladenem Zustand den Spannungswandler derart ansteuert, daß dieser die über den Spannungswandler an den zweiten Energiespeicher angelegte Spannung senkt, um auf diese Weise dem ersten Energiespeicher eine größere Strommenge zuführen zu können.

Die Überwachungsschaltung umfaßt vorteilhafterweise eine MOS-Feldeffekttransistorschaltung, deren Source-Drain- Strecke zwischen den ersten und zweiten Stromkreis geschaltet ist und an deren Gateanschluß ein Stellsignal angelegt wird, welches von der Differenz zwischen der Referenzspannung und der von dem zweiten Energiespeicher abgegebenen Spannung abhängig ist. Die Verwendung von MOS-Feldeffekttransistoren ist vorteilhaft, da abhängig von dem jeweils benötigten Energiebedarf wahlweise schnell oder weniger schnell eingeregelt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung als Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrohydrau lisches Bremssystem beschränkt, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo für einen Verbraucher eine separate Zusatzbatterie vorgesehen sein muß.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die in der einzigen Figur dargestellte Energiever sorgungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs umfaßt als zentrale Energiequelle einen Generator (G) 3, der über einen Starter (S) gestartet werden kann. An den Generator 3 ist die Bordnetzbatterie 1 des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Die Bordnetzbatterie 1 wird von dem Generator 3 aufgeladen und ist mit mindestens einem Bordnetzverbraucher 2 verbunden. Im aufgeladenen Zustand kann die Bordnetzbatterie 1 auch als Starterbatterie für den Starter 4 zum Starten des Generators 3 dienen. Statt dessen kann jedoch auch eine separate Starterbatterie vorgesehen sein. Die Bordnetzbatterie 1 bildet mit den daran angeschlossenen Bordnetzverbrauchern 2 einen ersten an den Generator 3 angeschlossenen Stromkreis.

Ein zweiter Stromkreis ist über einen Spannungswandler 5, der insbesondere in Form eines DC/DC-Wandlers ausgestaltet ist, an den Generator 3 angeschlossen.

Dieser zweite Stromkreis umfaßt eine Zusatzbatterie 6, welche zum Betrieb mit einem speziellen Verbraucher 7 vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Verbraucher 7 um ein elektrohydraulisches Bremssystem des Kraftfahrzeug, welches aus Gründen der Betriebssicherheit mit der separaten Zusatzbatterie 6 betrieben werden muß. Auch die Zusatzbatterie 6 wird von dem Generator 3 aufgeladen und nachgespeist. Der Spannungswandler sorgt für eine gegenüber der Spannung U_B der Bordnetzbatterie 1 höhere Spannung U_EHB an der Zusatzbatterie 6, so daß die Zusatzbatterie 6 von dem Generator 3 bevorzugt aufgeladen wird. So wird von dem Generator 3 zum Aufladen beispielsweise die Spannung U_B = 14,3 V an die Bordnetzbatterie 1 angelegt, während die an der Zusatzbatterie 6 angelegte Spannung U_EHB = 14, 5 V beträgt. Darüber hinaus wird über den Spannungswandler 5 auch die Grundlast für das elektrohydraulische Bremssystem abgedeckt.

Der Generator 3 dient als zentrale Energiequelle für die gesamte Energieversorgungsvorrichtung, während die Bordnetzbatterie 1 und die Zusatzbatterie 6 zur Kompensation von Spannungsspitzen oder zum Ausgleich einer schlechten Energiebilanz an dem Bordnetzverbraucher 2 bzw. an dem elektrohydraulischen Bremssystem 7 dienen. Zudem können die Bordnetzbatterie 1 und die Zusatzbatterie 6 auch als Hilfsenergiequelle für den Verbraucher 2 bzw. das elektrohydraulische Bremssystem 7 dienen, falls der Generator ausgefallen ist oder keine Energie liefern kann (z. B. bei ausgeschaltetem Motor des Kraftfahrzeugs).

Wie bereits erwähnt, ist die Zusatzbatterie 6 ist ausschließlich dem elektrohydraulischen Bremssystem 7 zugeordnet, um beispielsweise Schwankungen der Spannung durch Hinzu- oder Abschalten von Bordnetzverbrauchern oder Spannungseinbrüche zu vermeiden. Ein Absinken der an dem elektrohydraulischen Bremssystem anliegenden Spannung U_EHB unter 12 V würde ansonsten ein sogenanntes Fading und somit ein Versagen des Bremssystems zur Folge haben.

Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist eine als Sicherheitsschaltung dienenden Überwachungsschaltung vorgesehen, welche parallel zu dem Spannungswandler 5 geschaltet ist und den Bordnetz-Stromkreis mit dem Bremssystem-Stromkreis verbindet. Diese Überwachungs schaltung 8 schützt das elektrohydraulische Bremssystem 7 vor einem Ausfall der Zusatzbatterie 6. Die Überwachungs schaltung 8 umfasst einen Regelkreis, der bei Absinken der von der Zusatzbatterie 6 abgegebenen Spannung U_EHB unter eine bestimmte Referenzspannung die Spannung U_EHB nachregelt, wobei über die Überwachungsschaltung 8 Strom aus dem Bordnetz-Stromkreis in den Bremssystem-Stromkreis eingespeist wird. Dies soll nachfolgend näher erläutert werden.

Die Überwachungsschaltung 8 umfaßt einen in Form eines Differenzverstärkers bzw. Integrationsverstärkers ver schalteten invertierenden Operationsverstärker 9, an dessen negativem Eingang über einen Widerstand 13 die von der Zusatzbatterie 6 abgegebene Spannung U_EHB anliegt. An dem positiven Eingang liegt hingegen über einen Widerstand 15, der mit einem weiteren Widerstand 14 parallel geschaltet ist, die Spannung U_B der Bordnetz batterie 1 an. Durch Dimensionierung der Widerstände 14 und 15 kann die an dem positiven Eingang des invertierenden Operationsverstärkers 9 anliegende Referenzspannung eingestellt werden. Der Ausgang des invertierenden Operationsverstärkers 9 ist über einen Kondensator 10 und einen Widerstand 11 an seinen negativen Eingang rückgekoppelt. Der Kondensator 10 kann derart dimensioniert werden, daß auch Stromspitzen in den Bremssystem-Stromkreis eingespeist werden können. So kann beispielsweise bei einer Vollbremsung ein Strom von 180 A in den Bremssystem-Stromkreis eingespeist werden.

Der Operationsverstärker 9 erzeugt abhängig von der Differenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen ein Stellsignal für eine Widerstandsschaltung 16, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer Parallelschaltung mehrerer MOS-Feldeffekttransistoren ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann auch nur ein MOS-Feldeffekttransistor verwendet werden. Die Drain- Source-Strecke dieser MOS-Feldeffekttransistor-Schaltung 16 ist zwischen den Bordnetz-Stromkreis und den Bremssystem-Stromkreis geschaltet, so daß abhängig von dem an die Gateanschlüsse der einzelnen MOS- Feldeffekttransistoren angelegten Stellsignal des Operationsverstärkers 9 der Widerstand und damit der aus dem Bordnetz-Stromkreis in den Bremssystem-Stromkreis eingespeiste Strom eingestellt wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zudem eine Steuer- oder Diagnoseeinheit 17 vorgesehen, welche den augenblicklichen Ladezustand der Zusatzbatterie 6 überwacht. Diese Steuereinheit veranlaßt den spannungsregelbaren Spannungswandler 5, bei aufgeladenem Zustand der Zusatzbatterie 6 die an die Zusatzbatterie angelegte Spannung U_EHB zu senken, so daß beispielsweise U_B = U_EHB gilt, um auf diese Weise einen größeren Stromfluß zu der Bordnetzbatterie 1 zu erzwingen.

Bezugszeichenliste Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug

1

Bordnetzbatterie

2

Bordnetz-Verbraucher

3

Generator

4

Starter

5

DC/DC-Wandler

6

Zusatzbatterie für ein elektrohydraulisches Bremssystem

7

Verbraucher des elektrohydraulischen Bremssystems

8

Sicherheitsschaltung

9

Invertierender Verstärker

10

Kondensator

11-15

Widerstand

16

MOS-FET

17

Steuereinheit

Claims

1. Energieversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug,

- mit einem Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie,
- mit einem mit dem Generator (3) gekoppelten ersten Stromkreis, der einen ersten Energiespeicher (1) für mindestens einen ersten Verbraucher (2) auf weist, und
- mit einem mit dem Generator (3) gekoppelten zwei ten Stromkreis, der einen zweiten Energiespeicher (6) für mindestens einen zweiten Verbraucher (7) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungsschaltung (8) zur Überwachung der elektrischen Spannung (U_EHB) des zweiten Energie speichers (6) vorgesehen ist, wobei die Überwachungs schaltung (8) zwischen den ersten Stromkreis (1, 2) und den zweiten Stromkreis (6, 7) geschaltet und der art ausgestaltet ist, dass sie abhängig von dem Betrag der elektrischen Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) einen elektrischen Strom aus dem ersten Stromkreis (1, 2) in den zweiten Stromkreis (6, 7) einspeist.

2. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (8) derart ausgestal tet ist, dass sie die Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) mit einer Referenzspannung ver gleicht, welche aus der Spannung (U_B) des ersten Energiespeichers (1) abgeleitet ist, und dass die Überwachungsschaltung (8) den elektrischen Strom von dem ersten Stromkreis (1, 2) in den zweiten Stromkreis (6, 7) mit einer Stromstärke einspeist, welche von der Differenz zwischen der Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) und der Referenz spannung abhängig ist.

3. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachungsschaltung (8) einen Regelkreis mit einer Vergleichsschaltung (9-11) und einer Wider standsschaltung (16) mit variablem Widerstandswert umfaßt,
wobei die Wiederstandsschaltung (16) zwischen den ersten Stromkreis (1, 2) und den zweiten Stromkreis (6, 7) geschaltet ist,
wobei an die Vergleichsschaltung (9-11) einerseits die Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) und andererseits die Referenzspannung angelegt sind, und
wobei die Vergleichsschaltung (9-11) ein von der Differenz zwischen der Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) und der Referenzspannung abhän giges Stellsignal zur Einstellung des Widerstands werts der Widerstandsschaltung (16) erzeugt.

4. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschaltung durch eine MOS-Feld effekttransistorschaltung (16) gebildet ist, welche mit ihrer Drain-Source-Strecke zwischen den ersten Stromkreis (1, 2) und den zweiten Stromkreis (6, 7) geschaltet ist und über ihren Gateanschluß das Stell signal der Vergleichsschaltung (9-11) empfängt.

5. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung (9-11) eine Differenz verstärkerschaltung ist, wobei an den einen Eingang der Differenzverstärkerschaltung (9-11) die Spannung (U_EHB) des zweiten Energiespeichers (6) und an den anderen Eingang der Differenzverstärkerschaltung (9-11) die Referenzspannung angelegt ist.

6. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Differenzverstärkerschaltung (9-11) in Form einer Integrationsverstärkerschaltung mit einem rück gekoppelten Kondensator (10) ausgestaltet ist.

7. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprü che 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzspannung die elektrische Spannung (U_B) des ersten Energiespeichers (1) über eine Wider standsschaltung (14, 15) an die Vergleichsschaltung (9-11) angelegt ist.

8. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Generator (3) und den zweiten Stromkreis (6, 7) ein Spannungswandler (5) geschaltet ist, und
dass die Überwachungsschaltung (8) parallel zu dem Spannungswandler (5) geschaltet ist.

9. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (17) zur Überwachung des Ladezustands des zweiten Energiespeichers (6) vor gesehen ist, wobei die Steuereinheit (17) derart aus gestaltet ist, dass sie den Spannungswandler (5) zum Absenken der von dem Generator (3) über den Spannungswandler (5) an den zweiten Energiespeicher (6) angelegten Spannung (U_EHB) ansteuert, falls der Ladezustand des zweiten Energiespeichers (6) oberhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.

10. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (1) die Bordnetz batterie des Fahrzeugs ist, und dass der zweite Energiespeicher (6) als Batterie für den in Form eines elektrohydraulischen Bremssystems ausgestalteten zweiten Verbraucher (7) dient.