DE102011105971A1 - Board power supply arrangement for motor car, has load branches comprising voltage tap connected with power supply, where electric voltage of power supply is provided with electrical voltage value for supplying another power supply - Google Patents
Board power supply arrangement for motor car, has load branches comprising voltage tap connected with power supply, where electric voltage of power supply is provided with electrical voltage value for supplying another power supply Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a vehicle electrical system arrangement for a motor vehicle according to the preamble of
In Bordnetzanordnungen für zukünftige Kraftfahrzeuge können Bordnetze mit zwei bzw. drei Spannungsebenen zur Versorgung der elektrischen Verbraucher vorhanden sein. Hierbei kann ein Niedervoltbordnetz, das eine elektrische Gleichspannung mit einer Nennspannung von 14 Volt bereitstellt, und ein Mittelvoltbordnetz, das eine elektrische Gleichspannung mit einer Nennspannung von 48 Volt bereitstellt, vorgesehen sein. Ebenso kann eine entsprechende Hochvoltquelle in der Bordnetzanordnung vorgesehen sein, die eine elektrische Gleichspannung mit einer Nennspannung über 60 Volt zur Verfügung stellt. Hierbei stellen die angegebenen Nennspannungswerte für die Bordnetze nur typische Werte dar. In der Praxis schwanken die Spannungswerte des Niedervoltnetzes üblicherweise zwischen 10 und 16 Volt. Dies gilt in gleicher Weise für das Mittelvoltbordnetz.In vehicle electrical system arrangements for future motor vehicles, vehicle electrical systems with two or three voltage levels can be present to supply the electrical consumers. Here, a low-voltage on-board electrical system, which provides a DC electrical voltage with a rated voltage of 14 volts, and a medium-voltage electrical system that provides a DC electrical voltage with a nominal voltage of 48 volts may be provided. Likewise, a corresponding high-voltage source may be provided in the vehicle electrical system arrangement which provides a direct electrical voltage with a rated voltage of more than 60 volts. The specified nominal voltage values for the vehicle electrical system are only typical values. In practice, the voltage values of the low-voltage network usually vary between 10 and 16 volts. This applies equally to the medium-voltage electrical system.
Bei Bordnetzen, die mit einer elektrischen Spannung unter 60 Volt betrieben werden, müssen normative bzw. gesetzliche Anforderungen bezüglich eines Berührungsschutzes erfüllt werden. Zudem müssen für das Niedervoltbordnetz mindestens zwei Energiequellen vorhanden sein, sobald sicherheitsrelevante Systeme auf diese Spannungsebene zurückgreifen. In heutigen Niederspannungsbordnetzen werden beispielsweise ein 14 Volt-Generator und eine 14 Volt-Starterbatterie verwendet. Bei einem Entfall des 14 Volt-Generators missen neben dem 14 Volt-Speicher noch weitere 14 Volt-Quellen installiert sein. Dies kann je nach Topologie dazu führen, dass ein zusätzlicher Speicher, ein weiterer Generator oder ein entsprechender Spannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler, im Kraftfahrzeug verbaut werden müssen, um die 14 Volt-Versorgung im Fehlerfall gewährleisten zu können. Das bedeutet, dass mehr Bauraum für die zusätzlichen Komponenten im Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden muss.In on-board networks, which are operated with an electrical voltage of less than 60 volts, normative or legal requirements with regard to contact protection must be met. In addition, at least two energy sources must be available for the low-voltage on-board electrical system as soon as safety-relevant systems resort to this voltage level. In today's low-voltage on-board networks, for example, a 14 volt generator and a 14 volt starter battery are used. If the 14 volt generator is omitted, it will be necessary to install 14 volts in addition to the 14 volt memory. Depending on the topology, this can lead to an additional memory, a further generator or a corresponding voltage converter, for example a DC / DC converter, having to be installed in the motor vehicle in order to be able to ensure the 14 volt supply in the event of a fault. This means that more space must be provided for the additional components in the motor vehicle.
Die
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bordnetzanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche besonders effektiv betrieben werden kann.The object of the present invention is to provide a vehicle electrical system arrangement of the type mentioned, which can be operated particularly effectively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bordnetzanordnung gemäß Patentanspruch 1. Demnach wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Bordnetz zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Spannung, einem zweiten Bordnetz zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Spannung, wobei die zweite elektrische Spannung im Vergleich zu der ersten elektrischen Spannung einen höheren Wert aufweist, und einer Begrenzungseinrichtung mit einem Lastzweig, der mit dem zweiten Bordnetz koppelbar ist und über den zum begrenzen des Werts der zweiten elektrischen Spannung ein Spannungsabfall erzeugbar ist, wobei der Lastzweig einen Spannungsabgriff aufweist, der mit dem ersten Bordnetz verbindbar ist und an dem über den Spannungsabfall an dem zweiten Bordnetz eine elektrische Spannung mit einem Wert der ersten elektrischen Spannung zur Versorgung des ersten Bordnetzes bereitstellbar ist.This object is achieved by a vehicle electrical system according to
Das erste Bordnetz kann beispielsweise ein Niedervoltbordnetz sein, des mit einer elektrischen Gleichspannung mit einer Nennspannung von 14 Volt betrieben wird. Das zweite Bordnetz kann beispielsweise ein Mittelvoltbordnetz sein, das mit einer elektrischen Gleichspannung mit einer Nennspannung von 48 Volt, insbesondere einer Nennspannung kleiner 60 Volt, betrieben wird. Das zweite Bordnetz bzw. das Mittelvoltbordnetz umfasst üblicherweise eine Begrenzungseinrichtung, mit der die elektrische Spannung, die in dem zweiten Bordnetz bereitgestellt wird, gegenüber einer erhöhten elektrischen Spannung bzw. gegenüber Spannungsspitzen begrenzt wird. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein entsprechender Lastzweig parallel zwischen den Versorgungsanschluss und den Masseanschluss des zweiten Bordnetzes schaltbar. Tritt eine erhöhte elektrische Spannung in dem zweiten Bordnetz auf, so kann dieser Lastzweig zugeschaltet werden, damit über den Lastzweig ein entsprechender Spannungsabfall erzeugt wird. Ein solcher Lastzweig beinhaltet üblicherweise ein Widerstandselement oder mehrere elektrische Widerstandselemente, welche einen linearen oder einen nicht-linearen elektrischen Widerstand aufweisen können.The first electrical system can be, for example, a low-voltage on-board electrical system, which is operated with a DC electrical voltage with a nominal voltage of 14 volts. The second vehicle electrical system can be, for example, a medium-voltage vehicle electrical system which is operated with an electrical DC voltage having a nominal voltage of 48 V, in particular a rated voltage of less than 60 V. The second vehicle electrical system or the medium-voltage vehicle electrical system usually comprises a limiting device with which the electrical voltage which is provided in the second vehicle electrical system is limited in relation to an increased electrical voltage or to voltage peaks. For this purpose, usually a corresponding load branch can be connected in parallel between the supply connection and the ground connection of the second vehicle electrical system. If an increased electrical voltage occurs in the second electrical system, then this load branch can be switched on so that a corresponding voltage drop is generated across the load branch. Such a load branch usually includes one or more resistive elements which may have a linear or a non-linear electrical resistance.
In dem Lastzweig wird ein zusätzlicher Spannungsabgriff bereitgestellt, der mit dem ersten Bordnetz verbunden werden kann. Durch eine entsprechende Dimensionierung der elektrischen Widerstandselemente in dem Lastzweig kann ein solcher Spannungsabfall erzeugt werden, der an dem Spannungsabgriff eine elektrische Spannung bereitstellt, deren Wert dem der ersten elektrischen Spannung entspricht, mit der das erste Bordnetz versorgt wird. Somit kann auf besonders einfache und effektive Weise eine zusätzliche Spannungsversorgung für das erste Bordnetz bzw. das Niedervoltbordnetz bereitgestellt werden. Hierbei wird die Begrenzungseinrichtung so modifiziert, dass sie einerseits zur Spannungsbegrenzung des zweiten Bordnetzes begrenzt werden kann und unabhängig davon eine elektrische Spannung für das erste Bordnetz bei Bedarf zur Verfügung gestellt werden kann. Somit kann der Einbau von zusätzlichen Energiequellen in dem ersten Bordnetz entfallen, da durch den Spannungsabgriff eine redundante Energieversorgung über einen unabhängigen Pfad zur Verfügung gestellt wird. In the load branch an additional voltage tap is provided, which can be connected to the first electrical system. By a corresponding dimensioning of the electrical resistance elements in the load branch, such a voltage drop can be generated, which provides an electrical voltage at the voltage tap whose value corresponds to that of the first electrical voltage with which the first vehicle electrical system is supplied. Thus, an additional power supply for the first electrical system or the low-voltage electrical system can be provided in a particularly simple and effective manner. Here, the limiting device is modified so that it can be limited on the one hand to limit the voltage of the second electrical system and regardless of an electrical voltage for the first electrical system can be provided if necessary. Thus, the installation of additional energy sources in the first electrical system can be omitted, since the voltage tap provides a redundant power supply via an independent path.
Bevorzugt weist die Begrenzungseinrichtung eine Stabilisierungseinrichtung auf, mit der der Wert der elektrischen Spannung zur Versorgung des ersten Bordnetzes stabilisierbar ist. Um das erste Bordnetz bei einem Ausfall einer dortigen Energiequelle besonders sicher und redundant mit elektrischer Energie versorgen zu können, wird mit Hilfe der Begrenzungseinrichtung eine stabilisierte elektrische Spannung bereitgestellt. Die dazu verwendete Stabilisierungseinheit kann mit Hilfe von bekannten elektrischen Bauelementen entsprechend einfach und kompakt aufgebaut werden. Die Stabilisierungseinheit kann ebenso zur Stabilisierung der elektrischen Spannung in dem zweiten Bordnetz verwendet werden.The limiting device preferably has a stabilization device with which the value of the electrical voltage for supplying the first vehicle electrical system can be stabilized. In order to be able to supply the first vehicle electrical system in a particularly reliable and redundant manner with electrical energy in the event of a failure of a local energy source, a stabilized electrical voltage is provided with the aid of the limiting device. The stabilization unit used for this purpose can be constructed correspondingly simple and compact with the aid of known electrical components. The stabilization unit can also be used to stabilize the electrical voltage in the second electrical system.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Begrenzungseinrichtung eine Messeinrichtung zum Erfassen des Werts der ersten elektrischen Spannung des ersten Bordnetzes und/oder der zweiten elektrischen Spannung des zweiten Bordnetzes. Üblicherweise umfasst die Begrenzungseinrichtung eine entsprechende Messeinrichtung, mit der die elektrische Spannung in dem zweiten Bordnetz gemessen bzw. erfasst werden kann. Hierbei umfasst die Begrenzungseinrichtung zusätzlich eine entsprechende Messungseinrichtung, mit der die elektrische Spannung in dem ersten Bordnetz überprüft bzw. erfasst werden kann. Ebenso kann eine bereits vorhandene Messeinrichtung so ausgebildet sein, dass sie die elektrische Spannung in dem ersten Bordnetz erfassen kann. Somit kann auf besonders einfache Weise festgestellt werden, ob eine ausreichende elektrische Versorgung in dem ersten Bordnetz vorhanden ist. Unterschreitet beispielsweise die elektrische Spannung in dem ersten Bordnetz einen entsprechenden Schwellwert, so kann mit der Begrenzungseinrichtung an deren Spannungsabgriff eine elektrische Spannung für das erste Bordnetz zur Verfügung gestellt werden. Somit kann sowohl die elektrische Spannung in dem ersten Bordnetz als auch in dem zweiten Bordnetz besonders einfach und sicher überwacht werden.In a preferred embodiment, the limiting device comprises a measuring device for detecting the value of the first electrical voltage of the first electrical system and / or the second electrical voltage of the second electrical system. Usually, the limiting device comprises a corresponding measuring device with which the electrical voltage in the second vehicle electrical system can be measured or detected. In this case, the limiting device additionally comprises a corresponding measuring device with which the electrical voltage in the first vehicle electrical system can be checked or detected. Likewise, an existing measuring device can be designed so that it can detect the electrical voltage in the first electrical system. Thus, it can be determined in a particularly simple manner, whether a sufficient electrical supply in the first electrical system is available. If, for example, the electrical voltage in the first vehicle electrical system falls below a corresponding threshold value, an electrical voltage for the first vehicle electrical system can be made available to the limiting device at the voltage tap thereof. Thus, both the electrical voltage in the first electrical system and in the second electrical system can be monitored particularly easily and safely.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Bordnetzanordnung einen Spannungswandler, mit dem die elektrische Spannung einer Hochvoltquelle in die erste elektrische Spannung zur Versorgung des ersten Bordnetzes und/oder in die zweite elektrische Spannung zur Versorgung des zweiten Bordnetzes wandelbar ist. Eine solche Hochvoltquelle, die eine elektrische Gleichspannung mit einer Nennspannung über 60 Volt bereitstellt, wird üblicherweise in Fahrzeugen mit Elektro- bzw. Hybridantrieb verwendet. Hierbei kann durch den Spannungswandler besonders einfach die elektrische Spannung zur Versorgung des ersten Bordnetzes und/oder die elektrische Spannung zur Versorgung des zweiten Bordnetzes zur Verfügung gestellt werden.In a further refinement, the vehicle electrical system arrangement comprises a voltage converter with which the electrical voltage of a high-voltage source can be converted into the first electrical voltage for supplying the first vehicle electrical system and / or into the second electrical voltage for supplying the second vehicle electrical system. Such a high-voltage source, which provides a direct electrical voltage with a rated voltage above 60 volts, is commonly used in vehicles with electric or hybrid drive. In this case, the voltage for supplying the first vehicle electrical system and / or the electrical voltage for supplying the second vehicle electrical system can be provided by the voltage converter in a particularly simple manner.
Bevorzugt sind die Begrenzungseinrichtung und der Spannungswandler in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Ebenso ist es denkbar, dass die Begrenzungseinrichtung in den Spannungswandler integriert wird. Auf diese Weise kann eine besonders Bauraum sparende Anordnung erreicht werden.Preferably, the limiting device and the voltage converter are arranged in a common housing. It is also conceivable that the limiting device is integrated into the voltage converter. In this way, a particularly space-saving arrangement can be achieved.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Mehrspannungsbatterie, verbunden. Dadurch, dass die beiden Bordnetze jeweils mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden sind, kann eine Stabilisierung der elektrischen Spannung in dem jeweiligen Bordnetz erreicht werden. Hierbei sind die jeweiligen Bordnetze bevorzugt mit einer so genannten Mehrspannungsbatterie verbunden, die einen Anschluss für das jeweilige Bordnetz aufweist.In a further embodiment, the first vehicle electrical system and the second vehicle electrical system are connected to an electrical energy store, in particular a multi-voltage battery. The fact that the two electrical systems are each connected to an electrical energy storage, stabilization of the electrical voltage in the respective electrical system can be achieved. Here, the respective vehicle electrical systems are preferably connected to a so-called multi-voltage battery, which has a connection for the respective electrical system.
Schließlich weist die Bordnetzanordnung eine Kommunikationsleitung zum Datenaustausch des ersten Bordnetzes, des zweiten Bordnetzes und der Begrenzungseinrichtung auf. Die Kommunikationsleitung kann zusätzlich mit den Energiequellen des ersten und des zweiten Bordnetzes und der Hochvoltquelle verbunden sein. Somit können die elektrischen Energieflüsse innerhalb der Bordnetze durch eine übergeordnete Steuereinrichtung überwacht und gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Bordnetzanordnung besonders sicher und effektiv betrieben werden.Finally, the on-board network arrangement has a communication line for the data exchange of the first on-board network, the second on-board network and the limiting device. The communication line may additionally be connected to the energy sources of the first and the second electrical system and the high-voltage source. Thus, the electrical energy flows within the vehicle electrical system can be monitored and controlled by a higher-level control device. In this way, the electrical system arrangement can be operated particularly safe and effective.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
In der Bordnetzanordnung
Das erste Bordnetz
Zudem umfasst die Begrenzungseinrichtung
Sollte es nun notwendig sein, das erste Bordnetz
Der Spannungswandler
Durch die Verwendung der Begrenzungseinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- BordnetzanordnungBoard power supply arrangement
- 1212
- Bordnetzboard network
- 1414
- Bordnetzboard network
- 1616
- Energiequelleenergy
- 1818
- Verbraucherconsumer
- 2020
- Energiequelleenergy
- 2222
- Verbraucherconsumer
- 2424
- Energiequelleenergy
- 2626
- Begrenzungseinrichtunglimiting device
- 2828
- Kommunikationsleitungcommunication line
- 3030
- Steuereinrichtungcontrol device
- 3232
- Versorgungsleitungsupply line
- 3434
- Masseleitungground line
- 3636
- Messeinrichtungmeasuring device
- 3838
- Ansteuereinrichtungdriving
- 4040
- Lastzweigload branch
- 4242
- Lastelementload element
- 4444
- Spannungsabgriffvoltage tap
- 4646
- Versorgungsleitungsupply line
- 4848
- Stabilisierungseinheitstabilization unit
- 5050
- Kommunikationseinrichtungcommunicator
- 5252
- SpannungswandlerDC converter
- 5454
- Gehäusecasing
- 5656
- HochvoltquelleHigh-voltage source
- 58 58
- SicherungstrennelementBackup partition member
- 6060
- MehrspannungsbatterieMore voltage battery
- S1S1
- Schaltelementswitching element
- S2S2
- Schaltelementswitching element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19710073 A1 [0005] DE 19710073 A1 [0005]
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