Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der elektrischen Energieversorgung im Fahrzeug zu erhöhen, ist ein elektrisches Energiemanagement erforderlich. Hierbei ist das vorrangige Ziel der bedarfsgerechten Energieerzeugung die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Eine Überlastung des Bordnetzes kann durch die bedarfsgerechte Energieerzeugung aufgrund der Reaktionszeiten des Energiemanagements oftmals nicht verhindert werden. Für das Energiemanagement in Kraftfahrzeugen wird bisher üblicherweise eine zentrale Lösung vorgeschlagen. Das Energiemanagement ist hierbei vorzugsweise im Bordnetz-Steuergerät als zentraler Knoten implementiert. Ein solches Energiemanagement hat jedoch dann schwerwiegende Nachteile, wenn dieses zentrale Bordnetz- Steuergerät ausfällt. Damit beim Ausfall des Bordnetz- Steuergeräts das Kraftfahrzeug mit seinen wichtigsten Funktionen weiterhin betriebsbereit bleibt, wurden deshalb in der Vergangenheit für Energiemanagementsysteme Notlaufebenen eingeführt.

Ein bekanntes Energiemanagementsystem der vorgenannten Art ist zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 11 970 Al bekannt. Bei diesem Verfahren zur Anpassung des Leistungsbedarfs mehrerer elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, wird zur Steuerung der Leistungsaufnahme jedem dieser Verbraucher ständig eine Information über die gesamte jeweils zur Verfügung stehende elektrische Leistung zur Verfügung gestellt. Der jeweilige Verbraucher stellt seinen Leistungsbedarf entsprechend dieser Information und entsprechend seinem Leistungsbedarf derart ein, dass die gesamte jeweils verbrauchte Leistung die gesamte zur Verfügung stehende Leistung nicht übersteigt. Bei Ausfall des Energiemanagements geht das System in einen Notlauf. Im Notlauf werden nicht unbedingt notwendige Verbraucher abgeschaltet und den lebensnotwendigen Verbrauchern zum weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs wird jeweils ein Mindestbedarf an Energie zugewiesen. Dieser Mindestbedarf kann auch von der im Bordnetz noch verfügbaren Energie abhängig variabel eingestellt werden.

Derartige vorbekannte Energiemanagementsysteme haben den Nachteil, dass im Notlaufbetrieb eine Steuerung der Energieverteilung nicht mehr möglich ist. Dies ist ganz besonders dann von Nachteil, wenn lediglich das Steuergerät ausgefallen ist, in dem das Energiemanagement implementiert ist, ansonsten aber die Energieversorgung im Bordnetz noch voll intakt ist. Bei bekannten Energiemanagementsystemen findet damit im Notlauf kein Energiemanagement mehr statt, obwohl durchaus noch Energie im Überfluss vorhanden sein kann.

Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik ist es deshalb das Ziel dieser hier beschriebenen Erfindung, ein Energiemanagement vorzuschlagen, das auch bei Ausfall eines für das Energiemanagement wichtigen Steuergeräts weiterhin funktionstüchtig bleibt.

Die Lösung gelingt mit einer Kommunikationsstruktur und mit einem Verfahren zum Energiemanagement entsprechend der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung enthalten.

Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einem Energiemanagementsystem, dessen Steuerungssoftware auf mehrere Steuergeräte innerhalb des Bordnetzwerkes verteilt ist, und die einzelnen Teilnehmer am Energiemanagement über eine Kommunikationsstruktur auf der Basis eines logischen Rings miteinander kommunizieren. Die Entscheidungskompetenz wird somit auf die einzelnen Steuergeräte im Netzwerk verteilt und die Redundanz im zentralen Steuergerät kann entfallen. Mit der Kommunikationsstruktur eines logischen Ringes werden die für das Energiemanagement notwendigen Daten zwischen den einzelnen Teilnehmern am Energiemanagement ausgetauscht. Die beiden wichtigsten Ringnachrichten sind hierbei eine Verbraucheranmeldung und eine Zustandsmeldung mit Statusinformation über die angemeldeten Verbraucher. Mit der Verbraucheranmeldung wird die logische Struktur des logischen Rings festgelegt und es werden die Identifikationen der beteiligten Steuergeräte sowie die benötigten Leistungen der einzelnen Steuergeräte allen Teilnehmern am Energiemanagement innerhalb des logischen Rings bekannt gegeben. Mit der Zustandsmeldung wird der jeweils aktuelle Status der Verbraucher (an/aus) und der aktuelle Status des Energiemanagements allen teilnehmenden Steuergeräten im logischen Ring mitgeteilt. Im Normalzustand werden die Funktionen des Energiemanagements von einem zentralen Steuergerät, vorzugsweise dem Bordnetz-Steuergerät, übernommen. Fällt das zentrale Steuergerät aus, so übernehmen die am logischen Ring weiterhin teilnehmenden Steuergeräte die Funktionen des Energiemanagements. Hierzu verfügen alle am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte über ein eigenes Modul für ein dezentrales Energiemanagement. Durch die Kommunikationsstruktur des logischen Rings und durch die beiden Ringnachrichten der Verbraucheranmeldung sowie der Zustandsmeldung sind die für ein Energiemanagement notwendigen Informationen allen teilnehmenden Steuergeräten bekannt. Bei Ausfall des zentralen Energiemanagements kann daher problemlos auf ein dezentrales Energiemanagement umgeschaltet werden.

Die mit einem dezentralen Energiemanagement hauptsächlich zu erzielenden Vorteile liegen in der Ausfallsicherheit des Energiemanagements gegenüber dem Versagen einzelner Steuergeräte, die am Energiemanagement teilnehmen. Der Ausfall eines Steuergerätes wird durch ausbleiben der Zustandsmeldung von allen anderen verbleibenden Steuergeräten innerhalb des logischen Rings erkannt. Sämtliche Steuergeräte können daher diese Information in ihr dezentrales Energiemanagementmodul mit einbeziehen und entsprechend auswerten. Die Kommunikationsstruktur des logischen Ringes sorgt hierbei dafür, dass der Ausfall eines Ringteilnehmers erkannt werden kann und eine Neuinitialisierung des Rings ausgelöst werden kann. Üblicherweise übernimmt ein Steuergerät, vorzugsweise das Bordnetz-Steuergerät, die Koordination der Kommunikation innerhalb des logischen Rings, z.B. durch zyklische Nachrichten, die von allen Teilnehmern empfangen werden. Fällt ausgerechnet dieses Steuergerät aus, so erkennen dies die verbleibenden Steuergeräte innerhalb des logischen Ringes daran, dass keine zyklischen Nachrichten mehr versendet werden. Bleiben diese zyklischen Nachrichten des Energiemanagements aus, so bleibt der logische Ring weiterhin funktionsfähig. Durch die Zustandsmeldung, die die aktuellen Zustandsdaten der Verbraucher enthält, sind somit alle Energiemanagement-relevanten Verbraucher und Steuergeräte im Netzwerk bekannt, so dass entweder die Aufgaben des Energiemanagements von einem anderen Steuergerät übernommen werden können oder die von den am Energiemanagement beteiligten Verbrauchern aufgenommene Gesamtleistung mit Hilfe dieser Informationen auf einen festgelegten Wert begrenzt werden kann. Somit bleibt das Energiemanagement funktionsfähig und kann mit dieser NotlaufStrategie eine Steuerung der Energieflüsse weiterhin gewährleisten ohne dabei das Bordnetz zu überlasten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der logische Ring auf der Basis eines CAN-Busses ausgebildet. Das Protokoll zu einem CAN-Bus kennt bereits die Verwendung von sogenannten Identifiern, mit denen die Nachricht identifiziert wird und mit deren Hilfe die Kommunikation der Bus-Teilnehmer untereinander gesteuert wird. Die Gestaltung eines CAN-Identifiers liegt mit großer Freiheit beim Netzwerkprogrammierer. Diese Freiheit ermöglicht im Zusammenhang mit der Erfindung in den Identiefier beziehungsweise genauer in den Header einer CAN-Nachricht eine Codierung einzubringen, mit Hilfe derer ein logischer Ring aufgebaut werden kann. Hierzu wird der Header einer CAN- Nachricht um zwei Blöcke mit jeweils vier Bit erweitert. In diesem erweiterten Header werden dann KommunikationsInformationen eincodiert, die für das Versenden der Nachricht in einen logischen Ring benötigt werden. Im einzelnen sind dies ein reduzierter Basis-Identifier, der nach wie vor die Nachricht identifiziert, und nun zusätzlich eine Codierung beziehungsweise eine Identifikation des Senders und eine Identifikation des Empfängers enthält. Damit ist im Header einer jeden CAN-Nachricht festgelegt, von wem die Nachricht stammt und an wen sie gerichtet sein soll. Beim Reihumgeben innerhalb des logischen Ringes kann nun jeder Ringteilnehmer durch Überschreiben der Empfänger- Identifikation festlegen, an welchen nächsten Ringteilnehmer die Nachricht gesendet wird. Wenn jeder Ringteilnehmer seinen logischen Vorgänger und seinen logischen Nachfolger kennt, so kann durch entsprechendes Überschreiben der Senderidentifikationen und der Empfängeridentifikationen eine logische Ringtopologie für die Kommunikation der Steuergeräte im Bordnetz aufgebaut werden.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Kommunikationsstruktur auf der Basis eines erweiterten Nachrichtenkopfes einer CAN-Nachricht, im Nachrichtenkopf eine weitere Codierung, die es ermöglicht, mehrere Ringnachrichten funktional unterscheidbar zu machen. Mit Hilfe eines derartigen Operation Codes können die am logischen Ring teilnehmenden Steuergeräte unterscheiden, wie das dem Nachrichtenkopf folgende Datenfeld zu interpretieren und zu lesen ist.

Vorzugsweise wird mit Hilfe des Operation Codes zwischen mindestens zwei verschiedenen Ringnachrichten unterschieden. Die eine Ringnachricht wird beim Aufbau des logischen Ringes benötigt. Mit Hilfe dieser als Verbraucheranmeldung bezeichneten Ringnachricht melden sich die den Steuergeräten, die am CAN-Bus des Bordnetzes angeschlossen sind, zugeordneten Verbraucher mit ihrer Verbraucheridentifikation und mit ihrer benötigten Leistung beim Bordnetz-Steuergerät an. Mit der zweiten Ringnachricht, die als Zustandsmeldung bezeichnet wird, verteilen die Steuergeräte die Statusinformationen der einzelnen Verbraucher innerhalb des logischen Ringes an alle teilnehmenden Verbraucher. Diese Nachricht wird dabei als Token im logischen Ring verwendet. Durch diese Zustandsmeldung kann jedes Steuergerät erkennen, welche Verbraucher innerhalb des logischen Rings aktiv sind oder nicht. Das Bordnetzsteuergerät bzw. der Ringmaster empfängt und verarbeitet ebenfalls diese Ringnachrichten und sendet die Anweisungen des Energiemanagements mit einer zyklischen Nachricht an alle Teilnehmer. Insbesondere ermöglicht diese zyklische Nachricht den Teilnehmern am Energiemanagement die Erkennung, ob das Bordnetz-Steuergerät beziehungsweise der Ringmaster ausgefallen ist oder nicht.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von grafischen Darstellungen näher erläutert.

Dabei zeigen: Fig. 1 Eine schematische Darstellung für ein elektrisches Bordnetz in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 Eine grafische Darstellung einer Kommunikationsstruktur in Form eines logischen Rings, Fig. 3 Den Aufbau eines am Energiemanagement teilnehmenden Steuergerätes, Fig. 4 Das Prinzip der Codierung der Kommunikationsstruktur des Energiemanagements in eine Standard-CAN-Nachricht, Fig. 5 Einzelheiten der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement, Fig. 6 eine spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements für die Verbraucheranmeldung, Fig. 7 eine andere spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements für die Ringmeldung der Verbraucherzustände.

In Figur 1 wird ein an sich bekanntes elektrisches Bordnetz in einem Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Für die Energieversorgung der im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher Vl, V2, V3 ..., VN, VN+1, VN+2 können ein Bordnetzgenerator 1 und eine Kraftfahrzeug-Batterie 2 heran gezogen werden. Der Bordnetzgenerator wird üblicherweise von dem Verbrennungsmotor 3 des Kraftfahrzeugs angetrieben. Über elektrische Versorgungsleitungen 4 werden die im Bordnetz befindlichen Verbraucher mit Energie versorgt. Die Leistungsregulierung der ins Bordnetz abgegebenen Energie wird dem Bordnetzgenerator mit einer Leistungselektronik 5 und entsprechenden Leistungsstellgliedern geregelt. Zwischen Kraftfahrzeug-Batterie 2 und Bordnetzgenerator 1 ist ein Laderegler 6, der auch als Ladebilanzrechner ausgebildet sein kann, zwischengeschaltet. Die Leistungsaufnahme der im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher wird über Steuergeräte eingestellt. Hierbei kann jedem Verbraucher ein eigenes, separates Steuergerät SGl, SG2, SG3 zugeordnet sein oder es können auch mehrere Verbraucher lediglich von einem für alle Verbraucher zuständigen Steuergerät SGN angesteuert werden. Um eine Koordination der verschiedenen Steuergeräte mit ihren jeweils angeschlossenen Verbrauchern zu ermöglichen, sind die Steuergeräte im Kraftfahrzeug üblicherweise über ein BUS- System 7, das oft als CAN-Bus ausgebildet ist, miteinander vernetzt. Um die im elektrischen Bordnetz zur Verfügung stehende Energie, geliefert durch den Bordnetzgenerator und die Kraftfahrzeug-Batterie, effizient auf die im Bordnetz angeschlossenen Verbraucher verteilen zu können, ist an das BUS-System ein Bordnetz-Steuergerät BSG angeschlossen, das auch mit dem Ladebilanzrechner in einem Modul ausgeführt sein kann. Aufgabe des Bordnetz-Steuergerätes ist es hierbei üblicherweise die Überlastung des elektrischen Bordnetzes zu verhindern. Energieverteilung und Überlastschutz erfolgt üblicherweise mit einem Energiemanagementsystem, das als Software-Programm in dem Mikroelektronikrechner des Bordnetz- Steuergerätes implementiert ist. Um die Leistungsdaten des Bordnetzgenerators und der Kraftfahrzeug-Batterie durch das Energiemanagementsystem abfragen zu können, sind die Steuergeräte 5 des Bordnetzgenerators und der Ladebilanzrechner 6 für die Kraftfahrzeug-Batterie ebenfalls über ein BUS-System 7 mit dem Bordnetz-Steuergerät in Kommunikationsverbindung.

Aufgabe des Energiemanagements ist die Steuerung und Überwachung der Zustände der am Energiemanagement beteiligten elektrischen Verbraucher beziehungsweise Funktionen im Fahrzeug. Die Verbraucher werden dabei durch das Energiemanagement deaktiviert beziehungsweise freigegeben, während sie der Fahrer durch Betätigen von entsprechenden Schaltern ein- und ausschaltet. Um den Ablauf der Funktionsdegradierung, das heißt die Deaktivierung von Verbrauchern, zu steuern, müssen alle am Energiemanagement beteiligten Funktionen beziehungsweise Verbraucher eine eindeutige Prioritätsstufe besitzen. Auf der Basis dieser Priorisierung kann vom Energiemanagement bei ungenügendem Leistungsangebot, ausgehend vom aktuellen Systemzustand, eine Überlastung des Bordnetzes verhindert werden, in dem unter Berücksichtigung der Prioritäten ein degradierter Systemzustand eindeutig durch das Energiemanagement bestimmt und festgelegt wird.

Aufgrund der Notwendigkeit der Steuerung und Überwachung der elektrischen Verbraucher sind vom Energiemanagement sowohl das Bordnetz-Steuergerät als auch alle Steuergeräte, die vom Energiemanagement deaktivierbare Verbraucher ansteuern betroffen. Das Energiemanagement greift auf die vom Batteriemanagement bzw. vom Ladebilanzrechner ermittelten und zur Verfügung gestellten Zustandsdaten der Batterie zurück. Darüber hinaus werden von den Steuergeräten Informationen über den Zustand der von ihnen angesteuerten Verbraucher zur Verfügung gestellt. Die für das Energiemanagement erforderlichen Informationen werden hierbei über ein Kommunikationssystem zwischen den Steuergeräten und dem Bordnetz-Steuergerät ausgetauscht. Die grundsätzliche Gleichwertigkeit der einzelnen Steuergeräte, die jeweils über eigene Mikrorechner verfügen, ermöglicht die Installation beziehungsweise die Implementierung von verteilten Energiemanagementsystemen. Bei verteilten Energiemanagementsystemen stellt das Bordnetz-Steuergerät lediglich die Informationen über den aktuellen Bordnetzzustand für alle Steuergeräte bereit und übernimmt die Aufgabe der Überwachung. Überwacht werden hierbei die Zustände der Energieversorgung sowie die Zustände der einzelnen Steuergeräte und der einzelnen an die Steuergeräte angeschlossenen Verbraucher. Alle anderen Aufgaben, wie die Auswertung dieser Informationen und die Entscheidungsfindung im Sinne eines Energiemanagements werden in den einzelnen Steuergeräten mit eigenen Programmmodulen des verteilten Energiemanagementsystems durchgeführt. Aus diesem Grund begrenzt sich die Überwachung der Steuergeräte durch das Bordnetz-Steuergerät auf ein Mithören der über das BUS-System ausgetauschten Informationen.

Bei einem Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes, das im Normalbetrieb das gesamte Netzwerk mit Zustandsinformationen über alle beteiligten Systeme versorgt, muss schnell ein neuer, stabiler Netzwerkzustand gefunden werden. Bisher bekannte Systeme für Energiemanagement haben hier eine entscheidende Schwachstelle. Bekannte Lösungen, um den Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes aufzufangen, laufen auf ein Abschalten des Energiemanagements und auf ein Umschalten eines Notlaufbetriebs hinaus. Im Notlaufbetrieb wird lediglich noch die zur Verfügung stehende Energie den lebensnotwendigen Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Eine bedarfs- und zustandsgerechte Energieverteilung und ein Energiemanagement finden jedoch nicht mehr statt. Die Erfindung löst diese Problematik durch ein Energiemanagement auf der Basis eines logischen Ringes und auf der Basis einer Kommunikationsstruktur, die es ermöglicht, beim Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ein anderes am Energiemanagement teilnehmendes Steuergerät zum neuen Bordnetz-Steuergerät zu bestimmen oder das Energiemanagement dezentral durch eine Begrenzung der aufgenommenen Gesamtleistung fortzuführen.

Im Zusammenhang mit Figur 2 wird zunächst das Konzept des logischen Ringes erläutert. Das Kommunikationskonzept eines so genannten logischen Ringes (auch Token-Ring) ist für sich alleine genommen aus Rechner-Netzwerken bekannt. Der logische Ring wird hierbei durch einen Token-Umlauf realisiert. Der so genannte Token 8 wird hierbei jeweils von dem logischen Vorgänger an den logischen Nachfolger innerhalb des logischen Ringes weitergegeben. Jeweils derjenige Ringteilnehmer, der den Token hat, hat Sendeberechtigung auf dem zugrunde liegenden BUS-System. Logische Ringe können daher unabhängig von der physikalischen Struktur des zugrunde liegenden BUS- Systems grundsätzlich mit jedem BUS-System eingerichtet werden. Für ein verteiltes Energiemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug reicht der alleinige Umlauf eines Token jedoch nicht aus. Bei einem verteilten Energiemanagementsystem muss der Token durch geeignete Ringnachrichten, wie sie noch im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 7 vorgestellt werden, ersetzt werden. Jedes Steuergerät, das am Energiemanagement teilnimmt, muss dabei die Ringnachrichten aller anderen Steuergeräte empfangen, um diese zu überwachen und den Systemzustand zu kennen. Zusätzlich werden die Ringnachrichten vom Bordnetz-Steuergerät empfangen, das die gesammelten Daten auswertet . Der Umlauf der Ringnachrichten kann hierbei durch eine Verzögerungszeit gesteuert sein, die zwischen dem Versenden zweier Ringnachrichten vergeht. Durch eine Verkürzung dieser Verzögerungszeit, kann in Notsituationen die Reaktionszeit des Energiemanagements auf Kosten einer höheren BUS-Auslastung verkürzt werden.

Der logische Ring 9 wird in der Initialisierungsphase während des Hochlaufs des Bordnetzwerkes dynamisch aufgebaut. Durch eine Verbraucheranmeldung im Energiemanagementsystem wird das jeweilige Steuergerät als Teilnehmer im logischen Ring registriert und in die logische Ringtopologie integriert. Darüber hinaus werden die Verbraucher, die an das Steuergerät angeschlossen sind, beim Energiemanagement angemeldet. Die logische Reihenfolge innerhalb des logischen Rings, richtet sich hierbei nach der Reihenfolge des Eingangs der Verbraucheranmeldungen beim Energiemanagement . Entsprechend dieser Anmeldereihenfolge wird die Reihenfolge der Steuergeräte in Form von logischem Vorgänger und logischem Nachfolger festgelegt. Während der Initialisierungsphase hat zunächst das Bordnetz-Steuergerät eine herausgehobene Position, da sich zunächst alle Steuergeräte beim Energiemanagementmodul des Bordnetz-Steuergerätes anmelden müssen, damit dieses Modul die Verbraucherdaten sammeln und auf Basis dieser Daten das Energiemanagement realisieren kann. Der logische Ring wird somit in der Initialisierungsphase des Bordnetzes während dessen Hochlaufs dynamisch aufgebaut, wobei jedes Steuergerät seine logische Adresse und die logischen Adressen der Vorgänger und Nachfolger im Ring erhält. Zusätzliche Steuergeräte können aber auch zu einem späteren Zeitpunkt in den Ring integriert werden.

Ist der logische Ring einmal aufgebaut, wird die Kommunikation im Ring selbst mit Hilfe von Zustandsmeldungen realisiert. Die Zustandsmeldungen werden jeweils an alle Steuergeräte gesendet, wobei die Zustandsmeldüngen selbst als Token von einem Knoten zum Nachfolgerknoten wandern. Figur 2 verdeutlicht den Ablauf der Kommunikation beim Konzept des logischen Rings. Nach Aufbau des logischen Ringes versendet das Bordnetz-Steuergerät, beziehungsweise das Energiemanagementmodul im Bordnetz-Steuergerät, so genannte Zustandsmeldüngen. Die Zustandsmeldüng wird in zyklischen Abständen versendet und von allen Steuergeräten empfangen. Die Zustandsmeldung stellt hier gleichzeitig den Token 8 dar. Die Zustandsmeldung' wird hierbei von einem Steuergerät an das nächste weitergegeben, was in Figur 2 durch unterbrochene Pfeile symbolisiert wird. Die einzelnen Steuergeräte werden bei diesem Konzept durch alle in dem Ring integrierten Steuergeräte überwacht. Hierfür muss jedes Steuergerät alle Ringnachrichten empfangen. Bleibt eine gewisse Zeit nach Empfang einer Ringnachricht die Nachricht des logischen Nachfolgers aus, so kann dieser Ausfall festgestellt und somit eine Neuinitialisierung des Systems angestoßen werden. Bei einem Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ist der logische Ring weiterhin funktionsfähig und es besteht die Möglichkeit eine dezentrale Rückfallebene für das Energiemanagement zu realisieren. Hierzu muss vom verteilten Energiemanagement nach Ausfall des Bordnetz-Steuergerätes ein anderes an der Ringtopologie teilnehmendes Steuergerät zum neuen Bordnetz- Steuergerät bestimmt werden und dessen Funktion übernehmen. In der Regel wird dies das in der Reihenfolge dem Bordnetz- Steuergerät als nächstes folgende und nicht ausgefallene Steuergerät innerhalb des logischen Ringes sein. Bei entsprechender Ausstattung der verteilten Module des Energiemanagements kann jedes Modul und damit jedes Steuergerät, das am logischen Ring beteiligt ist, die Funktion des Bordnetz-Steuergerätes übernehmen. Falls dieser Aufwand nicht gewünscht ist, können auch einzelne Steuergeräte direkt vorgegeben werden, die bei Ausfall des Bordnetz-Steuergeräts dessen Funktion übernehmen, so dass nur die fest vorgegebenen Steuergeräte über entsprechende aufwändige Module des Energiemanagementsystems verfügen. Alternativ dazu kann eine rein dezentrale NotlaufStrategie ohne die Funktionalitäten des Bordnetzsteuergerätes realisiert werden, indem die Teilnehmer des logischen Rings die von ihren Verbrauchern aufgenommene Gesamtleistung auf einen fest vorgegebenen Wert begrenzen. Somit entfällt hierbei die Notwendigkeit, die aufwändigen Funktionsmodule des Bordnetzsteuergerätes in ein oder mehrere weitere Steuergeräten zu integrieren.

Die Anzahl, der zu einem logischen Ring gruppierten Steuergeräte darf nicht beliebig groß werden, da dies zu sehr großen Reaktionszeiten des Energiemanagements führen würde. Zu große Reaktionszeiten des Energiemanagements können jedoch dadurch vermieden werden, dass die Steuergeräte in mehrere Partitionen beziehungsweise mehrere logische Ringe gruppiert werden. Im gesamten Energiemanagement laufen dann mehrere Nachrichten um, jeweils eine pro Ring. Die Aufteilung der Steuergeräte auf die einzelnen Ringe erfolgt hierbei auch während der Initialisierungsphase des Systems. Hierbei wird zunächst ein logischer Ring aufgebaut, Steuergeräte, die sich mit einer Verbraucheranmeldung beim Energiemanagement anmelden, werden so lange in diesen ersten logischen Ring integriert, bis eine statisch festgelegte maximale Teilnehmerzahl des Rings erreicht ist. Das nächste sich anmeldende Steuergerät beginnt anschließend mit dem Aufbau eines weiteren logischen Rings. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis sich alle Steuergeräte beim Energiemanagement angemeldet haben. Auch hier wird die Anmeldung der Verbraucher während des Initialisierens des Systems bei einem herausgehobenen Bordnetz-Steuergerät mit integriertem Energiemanagementmodul stattfinden. Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Steuergerätes, wie es für den Betrieb in einem logischen Ring und für die Anwendung des verteilten Energiemanagements geeignet ist. In dem Steuergerät ist auf einer geeigneten Mikrorechnerplattform zumindest ein Software-Modul 10 des Energiemanagementsystems implementiert . Die Kommunikation des Steuergeräts mit seinem logischen Vorgänger und mit seinem logischen Nachfolger innerhalb des logischen Rings erfolgt über die entsprechenden Datenformate der Ringnachrichten 11. Nach Auswertung der Ringnachrichten insbesondere der eingehenden Ringnachrichten durch das Energiemanagementmodul, werden vom Energiemanagement entsprechende weitere Nachrichten an die vom Steuergerät angesteuerten Verbraucher beziehungsweise Applikationen weitergesendet. Hierzu verfügt das Energiemanagementmodul und die nachgeschalteten Applikationen jeweils über entsprechende Datenschnittstellen. Die Datenschnittstellen sind in Figur 3 mit Kommunikationspfeilen 12 dargestellt. Insbesondere wenn von einem Steuergerät mehrere Applikationen angesteuert werden, kann es sinnvoll sein, auf der Seite des Energiemanagementmoduls einen Datenpuffer 13 vorzusehen, der den gleichzeitigen Informationsaustausch zwischen Energiemanagement und den nachfolgend angeschlossenen Applikationen beziehungsweise Verbrauchern ermöglicht. Nach Erhalt des Token werden die aktuellen Zustandsdaten der dem Steuergerät zugeordneten Applikationen wieder zurück in den Datenpuffer des Energiemanagements geschrieben, von wo aus sie vom Energiemanagement weiterverarbeitet werden und in eine ausgehende Ringnachricht geschrieben werden. Die ausgehende Ringnachricht des Energiemanagements wird dann als Reaktion auf eine Triggernachricht beziehungsweise auch als Reaktion auf einen Time Out an den logischen Nachfolger des Steuergerätes versendet . Die übrigen Teilnehmer an dem logischen Ring des Energiemanagements weisen einen vergleichbaren Aufbau auf.

Zur Adressierung besitzen alle am Energiemanagement beteiligten Steuergeräte einen individuellen Identifier, der notwendigerweise eindeutig sein muss und im Netzwerk bekannt ist. Jede Ringnachricht des Energiemanagements enthält neben den Nutzdaten die Identifier des Senders und des Empfängers. Diese Daten werden dann in den Header und das Datenfeld der Ringnachricht codiert. Das Prinzip dieser Codierung ist in Figur 4 dargestellt. Eine derartige Codierung, ist prinzipiell für alle gängigen BUS-Systeme möglich. Hierzu wird den Protokollen der bekannten BUS-Systeme vom Energiemanagement eine weitere Protokollschicht aufgesetzt, die die BUS-System bezogenen Nachrichtenformate in ein Nachrichtenformat, wie es für das Energiemanagement geeignet ist, umwandelt. Ein besonders verbreitetes BUS-System in Kraftfahrzeugen und auch ein für die Erfindung besonders geeignetes BUS-System ist hierbei der CAN-BUS. Ein CAN-BUS ist in seinen Nachrichten bereits Identifier- orientiert und ermöglicht daher insbesondere bei der Initialisierungsphase des Energiemanagements und beim Aufbau des logischen Ringes, die eindeutige Identifikation der sich am Energiemanagement anmeldenden Steuergeräte, noch bevor der logische Ring aufgebaut ist .

Im Zusammenhang mit den Figuren 5, 6 und 7 werden nachfolgend die Kommunikationsstrukturen der für das erfindungsgemäße Energiemanagement verwendeten Nachrichten auf der Basis von CAN-Datenformaten erläutert. Figur 5 zeigt ein Beispiel für die Konvertierung einer allgemeinen CAN-Nachricht in eine Ringnachricht für das Energiemanagement. Eine bekannte CAN- Nachricht besteht aus einem so genannten CAN-Identifier mit einer Länge von elf Bits, einem so genannten Controlfield mit einer Länge von vier Bits, sowie einem Datenfeld mit einer maximalen Länge von 64 Bits. Der Identifier dient zur Identifizierung der Nachricht, während das Controlfield eine Steuerungsmöglichkeit beeinhaltet, wie viele Datenbyts im Datenfeld der CAN-Nachricht angehängt sind. Für die Zwecke des Energiemanagementsystems wird das Nachrichtenformat einer CAN-Nachricht in eine spezielle Kommunikationsstruktur des Energiemanagements umgewandelt. Die Umwandlung beinhaltet im wesentlichen eine Erweiterung des Adressierungsfeldes, den so genannten Header auf Kosten der maximalen Länge des Datenfelds. Das Adressierungsfeld der erfindungsgemäßen Kommunikationsstruktur beinhaltet einen so genannten Basis- Identifier der Länge 7 Bit, einen Sender-Identifier der Länge 4 Bit, weiterhin das Controlfield der ursprünglichen CAN- Nachricht mit einer Länge von 4 Bits, einen Empfänger- Identifier der Länge 4 Bit, so wie einen so genannten Operation Code mit ebenfalls einer Länge von 4 Bit. Dadurch reduziert sich das maximal zur Verfügung stehende Datenfeld der ursprünglichen CAN-Nachricht bei der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagementsystem auf eine maximale Länge von 56 Bit. Mit dem Operation Code der erfindungsgemäßen Kommunikationsstruktur beziehungsweise der erfindungsgemäßen Ringnachricht kann zwischen verschiedenen Ringnachrichtentypen unterschieden werden. Der Operation Code gibt hauptsächlich eine Codierung dafür, welche Struktur das Datenfeld der Ringnachricht aufweist. Der Operation Code ist damit für das Energiemanagementsystem eine Steuerungsmöglichkeit, wie Daten in die Ringnachricht geschrieben werden müssen beziehungsweise wie ausgelesene Daten aus dem Datenfeld der Ringnachricht zu interpretieren sind.

Für das implementierte Energiemanagementsystem kommen hauptsächlich zwei Nachrichtentypen zum Einsatz. Es sind dies die Verbraucheranmeldung, näher beschrieben im Zusammenhang mit Figur 6, sowie die Zustandsmeldung, näher beschrieben im Zusammenhang mit der Figur 7. Grundsätzlich ermöglicht die Einführung eines Operation Codes in der Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement die zukünftige Erweiterung des Energiemanagements um weitere Funktionen und Nachrichtentypen.

Figur 6 zeigt zu der allgemeinen Kommunikationsstruktur gemäß Figur 5 die nähere Aufschlüsselung in den Nachrichtentypen der Verbraucheranmeldung. Die Aufschlüsselung erfolgt wie schon beschrieben mit dem Operation Code aus dem Adressierungsfeld der allgemeinen Kommunikationsstruktur. In diesem Fall codiert der Operation Code die Verbraucheranmeldung. Die Verbraucheranmeldung selbst ist im Datenfeld der Verbraucheranmeldung enthalten. Sofern das jeweilige Steuergerät mit dem zugeordneten Verbraucher die gleichen Identifier besitzt, können sich die Angaben im Datenfeld der Verbraucheranmeldung auf die Angaben zur Leistung des jeweiligen Verbrauchers beschränken. Es ist jedoch auch möglich, mit einem Steuergerät mehrere Verbraucher beziehungsweise mehrere Applikationen anzusteuern. In diesem Fall können Sender-Identifier sowie Empfänger-Identifier des Steuergerätes nicht identisch mit den Verbraucher-Identifiern sein. Ein allgemeines Datenformat für die Verbraucheranmeldung enthält deshalb für jeden Verbraucher sowohl einen Verbraucher-Identifier V_ID der Länge 5 Bit, dem sich für jeden Verbraucher ein Datenfeld der Länge 11 Bit anschließt, das die Nutzdaten für die Leistung des Verbrauchers enthält . In der Verbraucheranmeldung ist damit jeder Verbraucher mit insgesamt 16 Bits codiert. Somit können mit jeder Verbraucheranmeldung maximal drei Verbraucher pro Nachricht angemeldet werden. Werden von einem Steuergerät mehr als drei Verbraucher angesteuert, so müssen mehrere Verbraucheranmeldungen versendet werden, um alle Verbraucher bei dem Energiemanagement anzumelden.

Ist der logische Ring für das Energiemanagement mit Hilfe der Verbraucheranmeldung erst einmal aufgebaut, wird für den fortlaufenden Betrieb des Energiemanagements ein weiterer Nachrichtentyp benötigt. Auch dieser Nachrichtentyp der im folgenden als Zustandsmeldung bezeichnet wird, wird auf der Grundstruktur der Kommunikationsstruktur aus Figur 5 aufgebaut. Eine Zustandsmeldung gemäß Figur 7 enthält im Datenfeld der allgemeinen Kommunikationsstruktur für das Energiemanagement Statusinformationen zum Energiemanagement selbst sowie Statusinformationen zu allen am Energiemanagement teilnehmenden Verbrauchern. Die Klassifizierung der Zustandsmeldung erfolgt über den Operation Code aus dem Header der allgemeinen Kommunikationsstruktur. In Figur 7 ist dieser Operation Code beispielhaft mit Status klassifiziert. Im Datenfeld der Zustandsmeldung erfolgt dann zunächst eine mit 5 Bit codierte Information über den Status des Energiemanagements selbst. Diese Statusinformation über das Energiemanagement schließen sich in logischer Reihenfolge aufsteigend entsprechend der Reihenfolge im logischen Ring die jeweils mit einem Bit codierten Verbraucherzustände der am Energiemanagement teilnehmenden Verbraucher an. Die Verbraucherzustände sind hierbei lediglich in Form von Aktiv und Nichtaktiv beziehungsweise ein- und ausgeschaltet codiert. Leistungsangaben müssen mit der Zustandsmeldung nicht übertragen werden, da die Leistungsangaben bereits mit der Verbraucheranmeldung an das Energiemanagement gemeldet wurden. Für die Überprüfung des Zustandes des gesamten Bordnetzes mit Hilfe der Zustandsmeldung ist es von vorrangigem Interesse, eine Rückmeldung der einzelnen Verbraucher zu bekommen, welche Verbraucher aktuell am Netz sind. Mit den mit 5 Bit codierten Statusinformationen zum Zustand des Energiemanagements selbst, wird jeweils allen Verbrauchern der aktuelle Status des Energiemanagements, das heißt gegebenenfalls seine Degradierungsstufe mitgeteilt. Mitgeteilt wird somit, zum Beispiel ob die volle Leistung der angeschlossenen Energieträger zur Verfügung steht oder in welchem Maße die aktuelle Leistungsentnahme der Verbraucher eingeschränkt werden muss, um eine Überlastung des Bordnetzes zu verhindern. Im Falle eines Ausfalls des Bordnetz- Steuergerätes ist durch das Ausbleiben der Zustandsmeldungen vom Bordnetzsteuergerät für die übrigen am Energiemanagement teilnehmenden Steuergeräte beziehungsweise den in diesen Steuergeräten implementierten Modulen des Energiemanagements bekannt, dass ein anderes am Energiemanagement teilnehmendes Steuergerät nun die Rolle des Bordnetz-Steuergeräts übernehmen muss. Über die Statusinformation wird allen angeschlossenen Steuergeräten mitgeteilt, welches Steuergerät nach Ausfall des Bordnetz-Steuergeräts nun seine Rolle übernommen hat. Die Energiemanagementmeldungen werden dabei jeweils von dem aktiven Bordnetz-Steuergerät innerhalb des logischen Ringes für das Energiemanagement versendet oder werden bei einer rein dezentralen NotlaufStrategie gar nicht mehr versendet.