DE10133098C1

DE10133098C1 - Zusatzfunktionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE10133098C1
Application number: DE10133098A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Landgraf; Robert Hupfer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: US20030052649A1; JP2003143771A; JP4003170B2; US6762513B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusatzfunktionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrzeugbatterie (11) mit zugeordnetem Generator, die versehen ist mit einem elektrischen Verbraucher (8, 12) für eine Zusatzeinrichtung (2), einer Einrichtung (13) zum Erfassen der Bordnetzspannung (U¶B¶) und einer Stromversorgungs-Steuereinheit (6), um den Verbraucher entsprechend der erfassten Batteriespannung mit der Batterie elektrisch zu verbinden bzw. von dieser zu trennen. Ein von dem Generator wiederaufladbarer Zusatzenergiespeicher (7) ist vorgesehen, welcher mit der Stromversorgungs-Steuereinheit (6) verbunden ist, wobei die Stromversorgungs-Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie den Zusatzenergiespeicher in Abhängigkeit von der erfassten Bordnetzspannung (U¶B¶) alternativ zu der Batterie mit dem Verbraucher elektrisch verbindet bzw. von diesem trennt. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Zusatzfunktionsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Zusatzfunk tionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruch 1.

Aus der US 5 764 469 ist eine Zusatzfunktionsvorrichtung bekannt, bei welcher die Stromversorgungssteuereinheit für den elektrischen Verbraucher der Zusat zeinrichtung so ausgebildet ist, dass drei Schwellwerte für die erfasste Fahrzeug batteriespannung vorgegeben sind. Wenn ein Unterschreiten des ersten Schwellwerts erfasst wird, wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben; wenn der zweite, niedrigere Schwellwert unterschritten wird, wird der elektrische Ver braucher der Zusatzeinrichtung (bzw. die elektrischen Verbraucher weiterer Zu satzeinrichtungen) von der Fahrzeugbatterie getrennt, um eine Tiefentladung derselben zu verhindern und die Startfähigkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten. Ein erneutes Verbinden des elektrischen Verbrauchers der Zusatzeinrichtung bzw. der Verbraucher der weiteren Zusatzeinrichtungen erfolgt dann, wenn das Überschreiten eines dritten Schwellwerts erfasst wird, der höher liegt als der erste und der zweite Schwellwert.

Weitere Systeme, bei welchen ein Tiefentladungsschutz der Fahrzeugbatterie durch Überwachen der Batteriespannung und gegebenenfalls Abschalten von Verbrauchern bei Unterschreiten vorgegebener Schwellwerte realisiert ist, sind beispielsweise aus der EP 0 636 520 A1 und der US 5 691 619 bekannt. Aus der US 5 693 986 ist ein Tiefentladungsschutz für eine Fahrzeugbatterie bekannt, bei welcher eine Zeitabschaltung für Verbraucher bei abgestellten Fahrzeug vorge sehen ist. Aus der US 5 929 604 ist ein Tiefentladungsschutz für eine Fahrzeug batterie bekannt, bei welcher ein von der Fahrzeugbatterie versorgtes Mobiltele fonsystem abgeschaltet wird, wenn der gemessene, über die Zeit integrierte Energieverbrauch des Telefonsystems einen vorgegebenen Schwellwert über schritten hat. Ein Einschalten des Telefonsystems erfolgt dann, wenn ein Strom fluss von dem Fahrzeuggenerator zur Fahrzeugbatterie festgestellt wird.

Aus DE 195 17 742 A1 ist eine Stromversorgung für ein Fahrzeug bekannt, bei welcher eine Starterbatterie und eine davon getrennte Versorgungsbatterie vor gesehen sind, wobei für beide Batterien ein Tiefentladungsschutz realisiert ist, indem die jeweilige Batteriespannung überwacht und bei einem Abfall der jeweili gen Batteriespannung unter einen vorgegebenen Schwellwert die entsprechende Batterie vom Verbrauchernetz bzw. Bordnetz getrennt wird.

Aus der DE 197 57 362 A1 ist eine Einrichtung zur unterbrechungsfreien Strom versorgung eines Funktelefons in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der bei Aus fall einer Hauptspannungsquelle eine Spannungsüberwachungsschaltung eine Hilfsspannungsquelle mit dem Eingang einer Spannungsanpassungsschaltung verbindet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Zusatzfunktionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchem einerseits ein Tiefentladungsschutz der Fahrzeugbatterie realisiert und anderer seits dennoch eine möglichst lange Betriebszeit ohne laufenden Fahrzeuggene rator ermöglicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß An spruch 1. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch das Vorsehen eines Zusatzenergiespeichers bei der Zusatzfunktionsvor richtung in Kombination mit einer Bordnetzspannungsüberwachung, wobei ein Trennen des Verbrauchers von der Fahrzeugbatterie bei Unterschreiten vorgege bener Schwellwerte der Bordnetzspannung erfolgt, kann einerseits eine Tiefent ladung der Fahrzeugbatterie, was eine Verkürzung der Lebensdauer der Batterie und Startschwierigkeiten mit sich bringen kann, vermieden werden, und anderer seits wird durch den Zusatzenergiespeicher die Betriebsdauer des Verbrauchers bei schwacher Fahrzeugbatterie verlängert und zusätzlich wird die Fahrzeugbat terie geschont. Letzteres ist insbesondere dadurch realisiert, dass nach Unter schreiten eines ersten Schwellwerts der Bordnetzspannung die Stromversorgung des elektrischen Verbrauchers der Zusatzeinrichtung zunächst aus dem Zu satzenergiespeicher erfolgt und erst danach die Batterie belastet wird.

Bei der Zusatzeinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Standheizung, während es sich bei dem Verbraucher vorzugsweise um eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, insbesondere gemäß einem Mobil- Telekommunikationsstandard, und/oder um ein Steuergerät für die Standheizung handelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispiel haft näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Zusatz funktionsvorrichtung in im Fahrzeug eingebautem Zustand; und

Fig. 2 schematisch ein Beispiel für einen Batterieentladungsvorgang, wo bei die Bordnetzspannung über der Zeit aufgetragen ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine Standheizung 2 in einem Kraftfahrzeug 1 vorgesehen, wel che einerseits mit dem Fahrzeugbussystem 3 und andererseits über eine Schnitt stelle 4 mit einem Steuerelektronikmodul 10 in Verbindung steht. Das Elektronik modul 10 umfasst eine Stromversorungssteuereinheit 6, einen Zusatzakku 7, eine Steuer/Schnittstellenelektronik 8, einen GSM-Sender/Empfänger 12 sowie eine daran angeschlossene GSM-Antenne 9. Die Fahrzeugbatterie 11 ist mit der Stromversorgungssteuereinheit 6 verbunden und dient als Stromquelle für das Steuerelektronikmodul 10. Die Stromversorgungssteuereinheit 6 ist ferner mit dem Zusatzakku 7 verbunden, während sie ausgangsseitig mit dem GSM-Modul 12 und der Steuer/Schnittstellenelektronik 8 verbunden ist, wobei letztere mit der Schnittstelle 4 verbunden ist, um die Standheizung 2 zu steuern.

Das GSM-Modul 12 dient dazu, über ein Mobil-Telekommunikationsnetz eine Fernsteuerung der Standheizung 2 zu realisieren, wobei der Bediener dann für sein Mobiltelefon beispielsweise die Startzeit zum Einschalten der Standheizung oder auch direkt einen Startbefehl für die Standheizung oder bestimmte System parameter wie z. B. die Heizleistung eingeben kann.

Bei fahrendem Fahrzeug, d. h. bei laufendem Fahrzeugmotor, erfolgt die Strom versorgung des Steuerelektronikmoduls 10 über den Anschluss der Fahrzeug batterie 11, wobei diese bei laufendem Motor ständig von dem Fahrzeuggenera tor nachgeladen wird und insofern bei laufendem Motor die Stromversorgung letztlich über den Fahrzeuggenerator erfolgt. Die Stromversorgungssteuereinheit 6 ist so ausgebildet, dass bei laufendem Generator der Zusatzakku 7 aufgeladen bzw. im aufgeladenen Zustand gehalten wird.

Die Stromversorgungssteuereinheit 6 ist mit einer Einrichtung 13 zum Messen der Bordnetzspannung versehen, um den Ladezustand der Fahrzeugbatterie 11 zu überwachen.

In Fig. 2 ist ein beispielhafter Verlauf der Bordnetzspannung U_B gezeigt, um die Funktionsweise der Stromversorgungssteuereinheit 6 zu erläutern.

Mit U₀ ist die Bordnetzspannung bei laufendem Generator, d. h. bei im Regelfall vollständig geladener Batterie 11, bezeichnet. Der Zeitpunkt T₀ soll den Zeitpunkt angeben, zu welchem der Generator, d. h. der Fahrzeugmotor, abgeschaltet wird. Aufgrund des Strombedarfs des Steuerelektronikmoduls 12 setzt dann eine Ent ladung der Batterie 11 ein, was sich durch einen Abfall der Bordnetzspannung U_B, die nun der Batteriespannung entspricht, bemerkbar macht, bis zu einem Zeit punkt T₁ ein erster Schwellwert U₁ erreicht wird. Das Erfassen des Unterschrei tens des ersten Schwellwerts U₁ startet in der Stromversorgungssteuereinheit 6 einen Timer, wobei die Stromversorgungssteuereinheit 6 nach Ablauf einer fest gelegten Zeitdauer t₁, während welcher die Batteriespannung U_B nicht wieder über den Schwellwert U₁ angestiegen ist, zum Zeitpunkt T₂ entscheidet, dass der Generator abgeschaltet wurde und sich das Fahrzeug im Standbetrieb befindet. Aufgrund dieser Entscheidung trennt die Stromversorgungssteuereinheit 6 zum Zeitpunkt T₂ die Fahrzeugbatterie von dem Steuerelektronikmodul 10, welche nun statt dessen über eine festgelegte Zeitdauer t₂ über den Zusatzakku 7 mit Strom versorgt wird, so dass die Fahrzeugbatterie in diesem Zustand durch das Steuer elektronikmodul 10 nicht weiter entladen wird, d. h. über die Zeitdauer t₂ bleibt die Batteriespannung U_B im wesentlichen konstant. Nach Ablauf der Zeitdauer t₂, die vorzugsweise so eingestellt wird, dass sich der Zusatzakku 7 in diesem Zeitraum im wesentlichen entlädt, wird zum Zeitpunkt T₃ von der Stromversorgungssteuer einheit 6 die Stromversorgung des Steuerelektronikmoduls 10 für eine vorgege bene Zeitdauer t₃ wieder auf die Fahrzeugbatterie 11 umgeschaltet, so dass sich diese in einem gewissen Maß weiter entlädt. Nach Ablauf der Zeitdauer t₃ trennt die Stromversorgungssteuereinheit 6 zum Zeitpunkt T₄ das Steuerelektronikmodul 10 von der Fahrzeugbatterie 11, um eine Tiefentladung der Fahrzeugbatterie 11 und nachfolgende Startprobleme zu verhindern.

Die Stromversorgungssteuereinheit 6 ist somit so ausgelegt, dass für die Fahr zeugbatterie 11 eine Mindestrestladung gewährleistet wird, welche ein sicheres Starten des Fahrzeugs erlaubt und eine Beschädigung der Fahrzeugbatterie 11 durch wiederholte Tiefentladung verhindert, wobei jedoch die Funktionsfähigkeit des Steuerelektronikmoduls 10 durch Einsatz des Zusatzakkus 7 und einer ge wissen vorgegebenen maximalen Stromentnahmedauer nach Abschalten des Generators möglichst lange erhalten bleibt.

Beim in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird zum Zeitpunkt T₅ der Fahrzeugmotor und damit der Generator wieder gestartet, wobei die Fahrzeugbatterie 11 wieder auf geladen wird und die Bordnetzspannung U_B rasch ansteigt, bis zum Zeitpunkt T₆ ein zweiter Schwellwert U₂, der höher als der erste Schwellwert U₁ liegt, über schritten wird. Wenn die Stromversorgungssteuereinheit 6 eine solche Über schreitung des oberen Schwellwerts U₂ erfasst, startet sie einen Timer, worauf nach Ablauf einer festgelegten Zeitdauer t₄, während welcher die Bordnetzspan nung U_B nicht wieder unter den oberen Schwellwert U₂ abfallen darf, zum Zeit punkt T₇ entschieden, dass der Fahrzeuggenerator wieder die Stromversorgung übernommen hat, so dass die Stromversorgungssteuereinheit 6 zu diesem Zeit punkt T₇ das Steuerelektronikmodul 10 wieder mit der Fahrzeugbatterie 11, d. h. in diesem Fall letztlich mit dem Fahrzeuggenerator, verbindet und der Betrieb wie der aufgenommen wird. Zugleich wird auch der Zusatzakku 7 mittels des Gene ratorstroms wieder aufgeladen.

Falls während der Zeitdauern t₂ oder t₃ (d. h. zwischen den Zeitpunkten T₂ und T₃ bzw. T₄) ein Anstieg der Bordnetzspannung U_B über den oberen Schwellwert U₂ erfasst wird, hat der zuletzt geschilderte Schritt Vorrang, d. h. es wird nach Ablauf der Zeitdauer t₄, wenn die Bordnetzspannung U_B während der Zeitdauer t₄ nicht wieder unter den oberen Schwellwert U₂ gefallen ist, das Steuerelektronikmodul 10 in jedem Fall mit der Fahrzeugbatterie 11 bzw. den Generator wieder verbun den, d. h. die Stromversorgungssteuereinheit 6 geht davon aus, dass wieder ein normaler Betrieb mit laufendem Generator vorliegt.

Wie bereits geschildert, sind die Zeitdauern t₂ und t₃ vorzugsweise fest vorgege ben, d. h. der entsprechende Schaltvorgang erfolgt ohne weitere Messungen nur anhand des Ablaufs der Zeitdauern t₂ und t₃. Dabei können die Zeitdauern bzw. Abschaltverzögerungen t₂ und t₃ vorzugsweise von dem Bediener mittels einer Fernbedienung, beispielsweise über ein Mobiltelefon und das GSM-Modul 12 eingestellt werden. Zweckmäßig sind dabei Werte zwischen 0 und einigen Tagen.

Alternativ wäre es auch denkbar, statt fest vorgegebener Zeitdauern bzw. Ab schaltverzögerungen t₂ und t₃ die Schaltentscheidung am Ende dieser Zeitdauern von Messungen abhängig zu machen, d. h. das Umschalten der Stromversorgung von dem Zusatzakku 7 auf die Batterie 11 zum Zeitpunkt T₃ könnte anhand des über entsprechende Messungen verfolgten Ladezustands des Zusatzakkus 7 er folgen, und die Trennung des Steuerelektronikmoduls 10 von der Fahrzeugbatte rie zum Zeitpunkt T₄ könnte beispielsweise anhand eines dritten, unterhalb des ersten Schwellwerts U₁ liegenden Schwellwerts für die Bordnetz- bzw. Batterie spannung U_B erfolgen.

Statt für eine Standheizungssteuerelektronik kann der beschriebene Batterieent ladeschutz auch für andere Zusatzfunktionsvorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise Diebstahlwarnanlagen, Alarmanlagen, Wegfahrsperren, aktive Ortungsgeräte, Ferndiagnose, Fernwartung, Parametrierung von Steuergeräten mittels GSM, GPRS, UMTS sowie andere GSM-Anwendungen. Falls mehrere solcher Zusatzfunktionsvorrichtungen vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, dass eine einzige gemeinsame Stromversorgungssteuereinheit 6 für alle diese Zu satzfunktionsvorrichtungen vorgesehen ist.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Standheizung

3

Fahrzeug-Bussystem

4

Schnittstelle zwischen

2

und

8

6

Stromversorgungs-Steuereinheit

7

Zusatzakku

8

Steuer/Schnittstellen-Elektronik

9

GSM-Antenne

10

Steuerelektronikmodul

11

Fahrzeugbatterie

12

GSM-Modul

13

Einrichtung zum Erfassen der Bordnetzspannung

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Zusatzfunktionsvorrichtung (2, 10) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrzeugbatterie (11) mit zugeordnetem Gene rator, wobei die Zusatzfunktionsvorrichtung versehen ist mit einem elektri schen Verbraucher (8, 12) für eine Zusatzeinrichtung (2), einer Einrichtung (13) zum Erfassen der Bordnetzspannung (U_B), einer Stromversorgungs- Steuereinheit (6), welche mit dem Verbraucher und der Batterie verbunden ist, und einem von dem Generator wiederaufladbarer Zusatzenergiespeicher (7), welcher mit der Stromversorgungs-Steuereinheit verbunden ist, wobei im Zuge des Verfahrens:

a) wenn die erfasste Batteriespannung einen vorgegebenen ersten Schwellwert (U₁) für eine vorgegebene erste Zeitdauer (t₁) unterschrit ten hat, der Verbraucher mittels der Stromversorgungs-Steuereinheit (6) von der Fahrzeugbatterie (11) getrennt wird,
b) der Verbraucher (8, 12) mittels der Stromversorgungs-Steuereinheit (6) mit dem Zusatzenergiespeicher (7) verbunden wird und nach Ab lauf einer zweiten Zeitdauer (t₂) von dem Zusatzenergiespeicher ge trennt wird
c) der Verbraucher (8, 12) mittels der Stromversorgungs-Steuereinheit (6) mit der Fahrzeugbatterie (11) verbunden wird und nach Ablauf ei ner dritten Zeitdauer (t₃) von der Batterie getrennt wird, und
d) wenn die erfasste Bordnetzspannung (U_B) einen vorgegebenen zweiten Schwellwert (U₂), der größer als der erste Schwellwert (U₁) ist, für eine vorgegebene vierte Zeitdauer (t₄) überschritten hat, der Ver braucher (8, 12) mittels der Stromversorgungs-Steuereinheit (6) wieder mit der Fahrzeugbatterie (11) verbunden wird,

wobei die Schritte a) bis c) nacheinander ablaufen und der Schritt (d) Vor rang vor den Schritten (b) und (c) hat.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer (t₂) vorgegeben ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Zeitdauer (t₃) vorgegeben ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite (t₂) und/oder die dritte Zeitdauer (t₃) über eine Fernbedienung von dem Bediener einstellbar ist/sind.