Beschreibung Stabilisierung eines Bordnetzes durch Erzeugung'kurzfristig verfügbarer Energie Technisches Fachgebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Energieversorgungssystems, insbesondere eines KFZ-Bordnetzes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Die Energieversorgung für KFZ-Bordnetze erfolgt in der Regel durch wenigstens eine Batterie und einen Generator. Unter normalen Voraussetzungen hat die Batterie eine ausreichende Speicher-und Pufferwirkung, um die Netzspannung stabil zu halten, das heißt, die Batterie versorgt einen neu zugeschal- teten Verbraucher zwischenzeitlich mit Energie, bis der Gene- rator auf ein höheres Leistungsniveau eingeregelt ist.

Zunehmend werden Systeme, wie z. B. elektrohydraulische Brem-. sen oder elektrische Servolenkungen in Fahrzeugen eingesetzt, für deren Betrieb eine stabile elektrische Energieversorgung wichtig ist. Insbesondere muß die Funktion sicherheitsrele- vanter Systeme gewährleistet sein und darf beispielsweise nicht durch unzulässige Spannungseinbrüche gefährdet werden.

Bei voller Funktionsfähigkeit der Batterie. ist genügend Puf- ferwirkung vorhanden, um diese Forderung zu erfüllen.

Ist aber die Batterie beispielsweise vor Fahrantritt ent- leert, und wird das Fahrzeug mit Fremdstarthilfe gestartet, so ist die Pufferwirkung der Batterie nicht ausreichend.

Gleiches gilt auch bei einer schwachen oder defekten Batte- rie, die weniger Reserveleistung bereitstellen kann.

Wird nun ein elektrischer Verbraucher mit ausgeprägtem An- aufstrom zugeschaltet, so kann der Generator aufgrund der relativ großen Erregerkreiszeitkonstante (circa 50-lOOms) nur vergleichsweise langsam reagieren und die Bordnetzspannung fällt kurzzeitig unter zulässige Werte. Auch Steuergeräte si- cherheitsrelevanter Systeme können dadurch kurzzeitig ausfal- len. Am Beispiel einer elektrischen Lenkung oder Bremse stellt dies einen sehr kritischen Zustand für die Be- herrschbarkeit des Fahrzeugs dar. Es muß daher das Ziel sein, eine schnelle Spannungsstabilisierung zu erreichen.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei schwacher oder ausgefallener Hauptbatterie eine Hilfsbatterie zuzuschalten, bis die Hauptbatterie aufgeladen oder ausgetauscht wurde. Ei- ne anderweitige Spannungsstabilisierung ist damit nicht er- forderlich. Andererseits muß eine zusätzliche Pufferbatterie mit Überwachungselektronik und ein Schaltelement zusätzlich vorgesehen werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfachere Methode zur Stabilisierung der Bordnetzspannung zu realisieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 ange- gebenen Merkmale. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, einen momentan nicht benötigten Verbraucher mit ausreichend hoher elektrischer Leistungsaufnahme zuzuschalten, um somit den Ge- nerator auf ein höheres Leistungsniveau zu fahren. Wird nun ein weiterer elektrischer Verbraucher eingeschaltet, z. B. die elektrohydraulische Bremse betätigt, wird der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher automatisch ausgeschaltet und die

nun überschüssige Energie auf den neuen Verbraucher"umge- schaltet".

Das Ausschalten des hilfsweise zugeschalteten Verbrauchers erfolgt vorzugsweise entweder selbsttätig (durch Selbstauslö- sung), wenn beim Zuschalten eines neuen Verbrauchers eine vorgegebene Spannungsgrenze unterschritten wird oder mittels einer Steuereinheit, wenn diese z. B. feststellt, dass durch Zuschalten eines neuen Verbrauchers die Spannungsgrenze un- terschritten werden würde.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hat der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher eine eigene Schaltein- richtung, welche den Verbraucher ausschaltet, wenn die Bord- netzspannung unter einen vorgegebenen Wert absinkt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Ausschalten des hilfsweise zugeschalteten Verbrauchers durch eine zentrale Steuereinheit durchgeführt, die den Verbraucher vorzugsweise unmittelbar vor oder gleichzeitig mit dem Zu- schalten des neuen Verbrauchers ausschaltet.

Der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher kann dauerhaft zuge- schaltet sein oder mittels einer Steuereinrichtung erst dann zugeschaltet werden, wenn die Batterie schwach oder nicht mehr funktionsfähig ist. Zur Überprüfung der Leistungsfähig- keit der Batterie ist vorzugsweise eine Batteriezustandser- kennung vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung in Verbin- dung steht.

Wird der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher zwischenzeit- lich vom System (bzw. vom Fahrzeuglenker) benötigt, wird vor- zugsweise anstelle dieses Verbrauchers ein. anderer, nicht be- nötigter Verbraucher automatisch eingeschaltet.

Um beim hilfsweisen Einschalten eines Verbrauchers nicht be- reits einen Spannungseinbruch zu erzeugen, wird der Verbau-

cher stufenweise, über eine Rampe, o. ä. (nicht abrupt) einge- schaltet.

Geeignete Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme sind insbe- sondere Heizungen, z. B. die Heckscheiben-oder Sitzheizung.

Ein hilfsweise zugeschalteter Verbraucher wird vorzugsweise wieder ausgeschaltet, wenn sich die Batterie wieder aufgela- den hat oder ausgetauscht wurde.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeich- nungen beispielhaft näher erläutert.

Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen KFZ- Bordnetzes ; Figur 2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Stabilisierung der Bordnetzspannung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ; Figur 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Stabilisierung der Bordnetzspannung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ; Figur 4 ein Verfahren zur Stabilisierung der Bordnetzspannung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein elektrisches KFZ-Bordnetz, das von einem Generator 2 und einer Batterie 1 gespeist wird.

Im Bordnetz sind mehrere Verbraucher, darunter eine Heizung 3, ein Motor 4 für die Füllung des Druckspeichers einer elek- trohydraulischen Bremse, sowie verschiedene andere Verbrau-

cher 5 angeschlossen. Die Verbraucher 5 umfassen in der Regel abschaltbare und nicht abschaltbare Lasten.

Die Heizung 3 sowie der Motor 4 für die elektrohydraulischen Bremsen (EHB) sind mit einer Schalteinrichtung S ausgestat- tet, mittels der die jeweiligen Verbraucher 3,4 abgeschaltet werden können. Die Schalteinrichtungen S sind über Steuerlei- tungen 11 mit ihren zugehörigen Steuerungen 6,8 (ECU : Elec- tronic Control Unit) verbunden.

Die Steuereinheit 6 übernimmt die Aufgabe eines elektrischen Energiemanagements (EEM) und ist in der Lage, bei Überlastung des Bordnetzes Gegenmaßnahmen einzuleiten, indem z. B. be- stimmte Lasten abgeschaltet oder gedimmt werden.

Die Steuerung 6 ist ferner mit einer Motorsteuerung 9 für ei- nen Verbrennungsmotor 10 verbunden, die je nach Bedarf ange- steuert wird.

Wie bereits erwähnt, kann es bei schwacher oder nicht mehr funktionsfähiger Batterie 1 zu Spannungseinbrüchen im Bord- netz kommen, wenn größere Verbraucher zugeschaltet werden.

Die Steuereinheit 6 als auch die elektrische Steuereinheit 8 (ECU : Electric Control Unit) der elektrohydraulischen Bremse kann dadurch kurzfristig ausfallen. Am Beispiel einer elek- trischen Lenkung oder der elektrohydraulischen Bremse stellt dies einen sehr kritischen Zustand für die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs dar. Aus sicherheitstechnischen Erwägungen muß daher eine schnelle Spannungsstabilisierung erfolgen, um der- artige Ausfälle zu verhindern.

Eine Methode zur Stabilisierung der Bordnetzspannung ist in Figur 2 gezeigt. Dabei wird in Schritt 20 ein nicht benötig- ter Verbraucher mit ausreichend hoher Leistungsaufnahme ein- geschaltet (erfolgt automatisch z. B. durch die Steuereinheit 6). Der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher kann z. B. eine Heizung 3, insbesondere eine Heckscheibenheizung, sein. In

diesem Fall wird der Verbraucher dauerhaft zugeschaltet, un- abhängig davon, ob die Batterie 1 schwach ist oder nicht.

In Schritt 21 wird nun ein Verbraucher durch einen Nutzer zu- geschaltet (der Fahrer schaltet beispielsweise die Sitzhei- zung ein).

Ist die Batterie l schwach oder nicht funktionsfähig, führt dies zu einem Spannungseinbruch im Bordnetz. Bei Unterschrei- ten einer vorgegebenen Spannungsgrenze (Überprüfung in Schritt 22) schaltet die Schalteinrichtung S des hilfsweise zugeschalteten Verbrauchers 3 diesen automatisch ab (Selbst- auslösung, Schritt 33).

Ist dagegen die Batterie 1 ausreichend stark, hat sie ausrei- chend Pufferwirkung, um den neu zugeschalteten Verbraucher mit der benötigten Energie zu versorgen. In diesem Fall wird der hilfsweise zugeschaltete Verbraucher 3 nicht abgeschal- tet.

Parallel dazu können weitere Maßnahmen zur Spannungsstabili- sierung im Bordnetz eingeleitet werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 6 die Erregung des Generators 2 deutlich erhöhen.

Andere Leistungserhöhende Maßnahmen sind ebenfalls denkbar.

Figur 3 zeigt eine andere Methode zur Stabilisierung der Bordnetzspannung, bei der ein zusätzlicher Verbraucher erst dann hilfsweise zugeschaltet wird, wenn die Batterie schwach oder ganz ausgefallen ist, so dass deren Leistungsfähigkeit nicht mehr ausreicht, um einen weiteren Verbraucher ohne Spannungseinbruch zuzuschalten. Zur Beurteilung der Lei- stungsfähigkeit der Batterie 1 wird in diesem Fall eine Bat- teriezustandserkennung (BZE) genutzt, die in Schritt 30 die Leistungsfähigkeit der Batterie 1 feststellt. Ein zusätzli- cher Verbraucher 3 wird in Schritt 31 erst dann hilfsweise zugeschaltet, wenn die Überprüfung eine schwache oder nicht funktionsfähige Batterie ergeben hat.

Parallel zum Zuschalten eines Verbrauchers kann die Steuerung 6 die Erregung des Generators 2 (Schritt 35) erhöhen oder an- dere leistungssteigernde Maßnahmen einleiten (Schritt 36).

Die Schritte 32 bis 34 entsprechen den Schritten 21 bis 23 von Figur 2 und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Die vorgegebene Spannungsgrenze, bei deren Unterschreiten die Schalteinrichtung S den hilfsweise zugeschalteten Verbraucher 3 abschaltet, liegt natürlich oberhalb der Ausfallgrenze der Steuereinheit (ECU) 8 für die elektrohydraulischen Bremsen.

Bei dieser Methode wird ein zusätzlicher Verbraucher also nur bei schwacher oder nicht funktionsfähiger Batterie hilfsweise zugeschaltet. Gegenüber der Methode von Figur 2 kann dadurch beträchtlich an Energie gespart werden.

Figur 4 zeigt ein weiters Verfahren zur Stabilisierung der Spannung in einem Bordnetz. Auch bei dieser Methode wird eine Batteriezustandserkennung genutzt, um in Schritt 40 die Lei- stungsfähigkeit der Batterie 1 zu beurteilen und in Schritt 41 gegebenenfalls einen Verbraucher 3 hilfsweise zuzuschal- ten.

Soll nun ein weiterer Verbraucher, beispielsweise der Pumpen- motor 4 der elektrohydraulischen Bremse eingeschaltet werden, wird dies von der Steuereinheit 6 erkannt, die als Stabibli- sierungsmaßnahme dann den hilfsweise zugeschalteten Verbrau- cher 3 in Schritt 43 ausschaltet und den neuen Verbraucher in Schritt 44 zuschaltet. Das Abschalten des hilfsweise zuge- schalteten Verbrauchers 3 erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn das Zuschalten des neuen Verbrauchers zu einem unzulässigen Spannungseinbruch führen würde.

Das hilfsweise Zuschalten des Verbrauchers 3 in den Schritten 20,32 bzw. 41 sollte stufenweise oder über eine Rampe erfol- gen, um nicht hier bereits einen Spannungseinbruch zu erzeu- gen.