Energiemanagement Fahrbetrieb Funktion

Funktionsvoraussetzung allgemein

 Signal "Motor läuft" oder "Antriebsstrang betriebsbereit" gesetzt

 Das Steuergerät CDI (N3/9) (bei Dieselmotor) oder das Steuergerät ME (N3/10) (bei Benzinmotor) sendet das Signal "Motor läuft" oder "Antriebsstrang betriebsbereit" über Fahrwerk-CAN (CAN E), Steuergerät SAM mit Sicherungs- und Relaismodul vorn (N10/1) und Innenraum-CAN (CAN B) an das Steuergerät SAM mit Sicherungs- und Relaismodul Fond (N10/2).

Energiemanagement Fahrbetrieb allgemein

Das Energiemanagement Fahrbetrieb stellt die Bordnetzstabilität sicher und gewährleistet eine ausgeglichene Ladebilanz der Bordnetzbatterie (G1). Infolge der variablen Leistungsabgabe des Generators (G2) und der gleichzeitigen Nutzung vieler Verbraucher können Überlastsituationen eintreten, die von der Bordnetzbatterie gepuffert werden müssen. Bei längerem Andauern einer solchen Überlastsituation oder bei geringer Ladefähigkeit der Bordnetzbatterie kann es zu einer negativen Ladebilanz kommen, die zum Verlust der Startfähigkeit des Motors führt. Das Energiemanagement Fahrbetrieb steigert bei anhaltender Bordnetzüberlastung die Leistungsabgabe des Generators bzw. schaltet Komfortverbraucher zurück, um dadurch eine ausgeglichene Ladebilanz der Bordnetzbatterie zu erreichen.

Das Energiemanagement Fahrbetrieb umfasst folgende Teilfunktionen:

 Funktionsablauf Spannungsstellung

 Funktionsablauf dynamische Leerlaufsteuerung

 Funktionsablauf Verbraucherreduzierung (Abschalten von Komfortfunktionen)

Funktionsablauf Spannungsstellung

Die Funktion Spannungsstellung umfasst folgende Unterfunktionen:

 Funktionsablauf Ladezustand Bordnetzbatterie bestimmen

 Funktionsablauf Bordnetzbatterie laden

 Funktionsablauf Generatorregelung (Generatormanagement)

Funktionsablauf Ladezustand Bordnetzbatterie bestimmen

Der Zustand der Bordnetzbatterie wird vom Batteriesensor (B95) erfasst. Dieser berechnet entsprechende Kennwerte über Spannungs-, Strom- und Temperaturmessungen an der Bordnetzbatterie. Der Ladezustand der Bordnetzbatterie ist das Verhältnis aus der aktuellen Ladung und der maximal speicherbaren Ladung. Grundlage hierfür ist die Berechnung des Innenwiderstandes der Bordnetzbatterie. Mit diesem Wert kann die Säuredichte der Bordnetzbatterie definiert werden. Zusammen mit der Batteriekapazität wird daraus die in der Bordnetzbatterie gespeicherte Ladung errechnet. Das Steuergerät SAM Fond liest die berechneten Daten des Batteriesensors über Bordnetz-LIN (LIN B7) ein, misst zusätzlich die Spannungen an Klemme 30 und Klemme 30g und berechnet die zur Bereitstellung der angeforderten Energie erforderliche Sollspannung des Generators.

Funktionsablauf Bordnetzbatterie laden

Für die Ladung der Bordnetzbatterie muss die Sollspannung bestimmt werden. Die Sollspannung ist die Spannung, die an den Polklemmen der Bordnetzbatterie anliegen muss, um die Bordnetzbatterie optimal zu laden. Abhängig von verschiedenen Faktoren wird die Sollspannung anhand des Generatormanagements oder der temperaturabhängigen Ladekennlinie incl. Schnellladefunktion bestimmt. Nach dem Motorstart wird zunächst eine Schnellladung mit hoher Spannung ausgeführt, bis ein ausreichend hoher Ladezustand der Bordnetzbatterie erkannt wird.

 Die Schnellladung erfolgt mit einer Ladespannung von U = 15 V und kann t = 20 s bis 1 h andauern.
Danach wird auf eine temperaturabhängige Kennlinie oder das Generatormanagement (TBatt > 10 °C) übergegangen.

Das Generatormanagement beinhaltet das Absenken der Ladespannung (U = 12,7 V) und die Möglichkeit der Rekuperation (Energierückgewinnung) im Schubbetrieb des Motors. Wenn das Generatormanagement aktiv, eine der vorderen Türen geöffnet und die Fahrgeschwindigkeit v = 0 km/h ist, wechselt das Generatormanagement in den Fremdstarthilfe- oder Werkstattmodus. Dabei wird die Generatorspannung konstant auf U = 14,3 V angehoben. Dieser Fremdstarthilfe- oder Werkstattmodus wird erst zurückgenommen, wenn die Fahrgeschwindigkeit v > 0 km/h ist. Um bei langen Passabfahrten ein Überladen der Bordnetzbatterie durch lange Schubabschaltung zu vermeiden, wird eine Schutzabschaltung aktiviert. Diese Schutzabschaltung deaktiviert bei hoher Spannung mit geringer Stromaufnahme die Rekuperation (Energierückgewinnung). Um bei einer voll geladenen Bordnetzbatterie (z. B. nach Fahrt bei Kälte oder langer Passabfahrt) wieder auf den optimalen Ladezustand von 80 % zu kommen, wird die Spannung weiter abgesenkt.

P54.10-3013-08

Schnellladung:

 Spannung bis U = 15 V

 Einmalig nach Klemme 50 Ein (Motorstart)

 Optimierte Ladung der Bordnetzbatterie auch im Kurzstreckenbetrieb

 Dauer t = 20 s bis 1 h

 Ende der Schnellladung bei Ladung der Bordnetzbatterie 80 %

 Keine Schnellladung bei Anhängerbetrieb (bei Code (550) Anhängevorrichtung)

 Keine Schnellladung bei zu warmer Bordnetzbatterie

Temperaturgeführte Ladung:

 Schnellladung beendet, kein Generatormanagement möglich

 Spannungsbereich U = 13,5 bis 15 V

 Ladekennlinie linear

Übergang in Generatormanagement:

 Schnellladung beendet

 Stabiler Motorlauf

 Temperatur Bordnetzbatterie TBatt > 15 °C (bis 31.5.12), TBatt > 10 °C (ab 1.6.12)

 Außentemperatur TAußen > 15 °C (bis 31.5.12), TAußen > 10 °C (ab 1.6.12)

 Ladezustand der Bordnetzbatterie > 70 %

 Kein Anhängerbetrieb (bei Code (550) Anhängevorrichtung)

Generatormanagement:

 Spannung U = 12,6 V (bis 31.5.12), U = 12,7 V (ab 1.6.12), bei einigen Lichtfunktionen U = 13,5 V

 Ladezustand der Bordnetzbatterie 80 %

 Reduzierte Stromaufnahme der Verbraucher

 Bei Klimaanlage Ein und hoher Gebläsestufe U = 14,3 V

Übergang in Ladung im Schubbetrieb:

 Stabiler Motorlauf

 Steuergerät CDI oder Steuergerät ME erkennt Schubbetrieb

Ladung im Schubbetrieb:

 Spannung bis U = 15 V

 Aktiviert durch Steuergerät CDI oder durch Steuergerät ME

 Ladung der Bordnetzbatterie, wenn Energie "kostenlos" zur Verfügung steht

Funktionsablauf Generatorregelung (Generatormanagement)

Die Generatorregelung (Generatormanagement):

 Findet im Steuergerät CDI oder im Steuergerät ME statt

 Stellt die Sollspannung des Bordnetzmanagements ein

 Stellt im Schubbetrieb auf Rekuperationsspannung um

 Stellt in Ausnahmefällen eine niedrigere Spannung ein (z. B. Abwürgeschutz, Kaltstart in großer Höhe, Katalysatorheizung)

Die Generatorregelung steuert die Leistungsabgabe des Generators. Das Steuergerät SAM Fond liest die vom Batteriesensor bereitgestellten Kennwerte der Bordnetzbatterie über Bordnetz-LIN ein und berechnet die erforderliche Generator-Sollspannung. Anschließend sendet das Steuergerät SAM Fond diesen Wert über Innenraum-CAN, Steuergerät SAM vorn und Fahrwerk-CAN an das Steuergerät CDI oder an das Steuergerät ME. Das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME wertet diesen unter Betrachtung weiterer Eingangsgrößen (z. B. Klimaanlage Ein) aus und berechnet die optimale Sollspannung des Generators. Anschließend fordert das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME die errechnete Sollspannung über Antriebs-LIN (LIN C1) beim Generator an, der diese dann einstellt. Zusätzlich prüft das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME weitere Einflussgrößen auf Plausibilität, um eine Über- oder eine mangelhafte Ladung der Bordnetzbatterie auszuschließen.

Das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME vergleicht die optimale Sollspannung des Generators mit der tatsächlichen Generatorleistung und kann somit den Energiezustand des Bordnetzes erfassen. Der fortlaufende Vergleich dieser beiden Werte und die entsprechenden Korrekturen werden als Leistungsmanagement bezeichnet. Das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME sendet Informationen zur Generatorauslastung über Fahrwerk-CAN, Steuergerät SAM vorn und Innenraum-CAN an das Steuergerät SAM Fond. Sofern erkannt wird, dass die Bordnetzspannung nicht ausreichend hoch ist, wird das Leistungsmanagement schrittweise zurückgenommen. Der Generator kann daraufhin seine volle Leistung zur Verfügung stellen.

Das Leistungsmanagement im Steuergerät CDI oder im Steuergerät ME übernimmt die Generator-Sollspannungswerte des Steuergeräts SAM Fond lediglich als Richtwert, da bestimmte Fahrzeugzustände, z. B. Motorkomfort, Leerlaufstabilität, Motorstart und unruhiger Motorlauf, mit berücksichtigt werden müssen. Die tatsächliche Sollspannung des Generators ergibt sich somit aus der Überlagerung des Leistungsmanagements und den vom Steuergerät SAM Fond gesendeten Generator-Sollspannungen.

 Wenn ein Fehler am Batteriesensor festgestellt wird, schaltet das Bordnetzmanagement auf eine Festspannung von U = 14,3 V um. Dieses Verhalten kann auch über einen Diagnosedienst eingeschaltet werden, um z. B. den Generator zu prüfen.

Funktionsablauf dynamische Leerlaufsteuerung

Die dynamische Leerlaufsteuerung stellt die Leerlaufdrehzahl des Motors so ein, dass im Leerlauf kein Strom aus der Bordnetzbatterie entnommen werden muss. Bei hoher Verbraucherlast wird eine höhere Leerlaufdrehzahl eingestellt. Die Leerlaufdrehzahl wird präventiv (vorbeugend) angehoben. Es wird also nicht auf einen Mangel an elektrischer Energie reagiert, sondern im Voraus die notwendige Leerlaufdrehzahl bei der aktuellen Last bestimmt.

Folgende Faktoren fließen in die Berechnungen der dynamischen Leerlaufsteuerung ein:

 Motorstart, Motorlauf

 Spannung Bordnetzbatterie

 Strom Bordnetzbatterie

 Zustand Bordnetzbatterie

 Erregerstrom Generator

 Auslastung Generator

 Abschaltstufe Verbraucherreduzierung

Das Steuergerät CDI oder das Steuergerät ME sendet das Signal "Motor läuft" und Informationen zur Generatorauslastung über Fahrwerk-CAN, Steuergerät SAM vorn und Innenraum-CAN an das Steuergerät SAM Fond.

Informationen über Zustand, Spannung und Strom der Bordnetzbatterie erfasst der Batteriesensor und sendet diese über Bordnetz-LIN an das Steuergerät SAM Fond.

Das Steuergerät SAM Fond liest alle relevanten Informationen ein, wertet diese aus und berechnet den erforderlichen Generatorstrom. Der maximal mögliche Erregerstrom wird aus dem aktuellen Erregerstrom und der Auslastung des Generators errechnet. Entsprechende Informationen werden vom Steuergerät CDI oder vom Steuergerät ME über Antriebs-LIN eingelesen. Über den maximal möglichen Erregerstrom wird der maximal mögliche Generatorstrom bei unterschiedlichen Leerlaufdrehzahlen bestimmt. Das Steuergerät SAM Fond sendet entsprechende Anforderungen über Innenraum-CAN, Steuergerät SAM vorn und Fahrwerk-CAN an das Steuergerät CDI oder an das Steuergerät ME, das die Leerlaufdrehzahl entsprechend anhebt.

Unter folgenden Bedingungen wird die Leerlaufdrehzahl zurückgesetzt:

 Generator defekt

 Gleichzeitiges Vorliegen folgender Bedingungen:

 Verbraucherreduzierung nicht aktiv

 Keine hohe Verbraucherlast mehr vorhanden

Funktionsablauf Verbraucherreduzierung (Abschalten von Komfortfunktionen)

Wenn der Generator die angeforderte elektrische Leistung nicht mehr zur Verfügung stellen kann, wird die Bordnetzlast durch das Rückschalten von Komfortfunktionen reduziert. Dadurch wird eine zu stark negative Ladebilanz der Bordnetzbatterie vermieden. Die Startfähigkeit des Motors bleibt erhalten. Wenn die angeforderte elektrische Leistung zur Stabilisierung der Bordnetzspannung wieder zur Verfügung gestellt wird, werden die Komfortfunktionen wieder eingeschaltet.

Mit dem Absinken der Bordnetzspannung auf unter U = 12,2 V wird die Funktion Rückschalten von Komfortfunktionen aktiviert. Der erste Verbraucher wird t = 20 s nach Motorstart in seiner Leistungsaufnahme reduziert. Bei gleichbleibenden Rückschaltbedingungen wird in jeder folgenden Sekunde ein weiterer Verbraucher in seiner Leistungsaufnahme reduziert.

 Verbraucherreduzierung bei Auslösung PRE-SAFE:
Der Reversible Gurtstraffer vorn links (A76) und der Reversible Gurtstraffer vorn rechts (A76/1) haben sehr hohe Anlauf- und Funktionsströme. Deshalb werden zur Bordnetzentlastung bei Auslösung der Reversiblen Gurtstraffer möglichst schnell einige Hochleistungsverbraucher für ca. t = 2 s in ihrer Leistungsaufnahme reduziert oder abgeschaltet.

Das Steuergerät SAM Fond sendet die Anforderung zur Leistungsreduzierung oder Abschaltung von Verbrauchern über Innenraum-CAN an die entsprechenden Steuergeräte.

Die Abschaltreihenfolge ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Die Abschaltreihenfolge bis 31.5.12 ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Wenn die Bordnetzspannung auf einem Wert über U = 12,2 V stabilisiert wurde, erfolgt die Rücknahme der Verbraucherreduzierung in umgekehrter Reihenfolge mit einer Wartezeit von jeweils t = 1 s.

Einen Sonderfall der Verbraucherreduzierung stellt der Bordnetznotlauf dar. Dieser wird vom Bordnetzmanagement im Steuergerät SAM Fond aktiviert, wenn eine festgelegte Spannungsschwelle der Bordnetzbatterie für eine bestimmte Zeit unterschritten wird.

Das Bordnetzmanagement nutzt alle Möglichkeiten des dynamischen Lastmanagements, um eine positive Ladebilanz zu erzwingen. Sinkt die Bordnetzspannung für t  10 s unter U = 10,6 V, aktiviert das Steuergerät SAM Fond die Funktion Bordnetznotlauf.

Daraufhin werden folgende Funktionen des Energiemanagements Fahrbetrieb aktiv:

 Leerlaufdrehzahlanhebung

 Deaktivierung des Generatormanagements

 Verbraucherreduzierung mit Abschaltung von Kurzzeitverbrauchern

Im Unterschied zur Verbraucherreduzierung erfolgt die Leistungsreduzierung bzw. die Abschaltung der Verbraucher mit einer Zykluszeit von t = 200 ms. Sobald die Bordnetzspannung für t  10 s auf einem Wert von U = 11,8 V stabilisiert wurde oder ein Wechsel des Klemmenstatus von Klemme 15R auf Klemme 15C stattgefunden hat, beendet das Steuergerät SAM Fond die Funktion Bordnetznotlauf.

Die ausgelösten Funktionen werden in der angegebenen Reihenfolge zurückgenommen:

 Leerlaufdrehzahlanhebung

 Verbraucherreduzierung