DE10138477A1 - Double voltage wiring with short circuit detection for motor vehicle, has detector positioned between high and low voltage power circuits - Google Patents
Double voltage wiring with short circuit detection for motor vehicle, has detector positioned between high and low voltage power circuitsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Zweispannungsbordnetz mit Kurzschlußerkennung zur Erkennung eines Kurzschlusses zwischen den zwei Bordnetzen, umfassend zwei Bordnetze unterschiedlicher Spannungsniveaus, in denen elektrische Verbraucher angeordnet sind. The invention relates to a two-voltage electrical system with short-circuit detection for detection a short circuit between the two electrical systems, comprising two electrical systems different voltage levels in which electrical consumers are arranged.
Derartige Zweispannungsbordnetze werden zur Zeit beispielsweise für die Kraftfahrzeugtechnik entwickelt. Aufgrund der zunehmenden Anzahl von elektrischen Verbrauchern reicht oftmals eine 12 V Bordnetzspannung nicht mehr aus. Des weiteren kommen elektrische Verbraucher zur Anwendung, die eine höhere Betriebsspannung benötigen, so daß Zweispannungsbordnetze entwickelt werden, die ein unterschiedliches Spannungsniveau von beispielsweise 14 V und 42 V aufweisen. Weiter ist es bekannt, diese Bordnetze über einen DC/DC-Wandler zu verbinden, damit diese beispielsweise über einen gemeinsamen Generator versorgbar sind. Such two-voltage electrical systems are currently used, for example, for the Automotive technology developed. Due to the increasing number of electrical A 12 V vehicle electrical system voltage is often no longer sufficient for consumers. Furthermore electrical consumers are used that have a higher operating voltage need, so that two-voltage electrical systems are developed that have a different Have voltage levels of 14 V and 42 V, for example. It is also known this To connect electrical systems via a DC / DC converter so that they can be connected via a common generator can be supplied.
Ein Kurzschluß der beiden Einzelbordnetze zur Masse kann normalerweise sehr einfach über die bekannten Kurzschlußstromerkennungen erfolgen. Sehr viel schwieriger ist die Erkennung eines Kurzschlusses zwischen den beiden Bordnetzen. Dieser Kurzschluß führt in manchen Fällen im Bordnetz mit der höheren Spannung nur zu einer sehr geringen Stromänderung, die schwer zu detektieren ist. Daher müßte der Kurzschlußstrom am Verbraucher des Bordnetzes mit der niedrigen Spannung detektiert werden. Diese Modifikation an den elektrischen Verbrauchern ist aber unerwünscht, da dann die bereits vorhandenen und ausgereiften Baugruppen geändert werden müßten. A short circuit of the two individual electrical systems to the earth can usually be very simple via the known short-circuit current detections. It is much more difficult Detection of a short circuit between the two electrical systems. This short circuit leads in some cases in the vehicle electrical system with the higher voltage only to a very low one Current change that is difficult to detect. Therefore, the short circuit current should On-board electrical system consumers with the low voltage can be detected. This Modification to the electrical consumers is undesirable, because then the already existing and mature assemblies would have to be changed.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Zweispannungsbordnetz mit Kurzschlußstromerkennung eines Kurzschlusses zwischen den zwei Bordnetzen zu schaffen, daß keine Modifikation der bereits vorhandenen elektrischen 12 Volt-Komponenten und Steuergeräte benötigt. The invention is therefore based on the technical problem of having a dual-voltage electrical system Short-circuit current detection of a short circuit between the two electrical systems create that no modification of the existing 12 volt electrical components and control units needed.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution to the technical problem results from the subject with the Features of patent claim 1. Further advantageous refinements of the invention result from the subclaims.
Hierzu ist jedem Bordnetz mindestens ein Schaltelement zum Abtrennen der elektrischen Verbraucher von der Spannungsversorgung zugeordnet, wobei die Kurzschlußstromerkennung im Bordnetz mit dem höheren Spannungsniveau angeordnet ist und parallel zum Schaltelement im Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau eine Diode in Sperrichtung angeordnet ist. Dadurch wird gezielt der Kurzschlußstrom erhöht, so daß dieser von der Kurzschlußstromerkennung im Bordnetz mit dem höheren Spannungsniveau detektiert werden kann. Dabei wird ausgenutzt, daß bei einem Kurzschluß diese Diode stehts in Flußrichtung gepolt ist und ein zusätzlicher Strom unabhängig von der Stellung des Schaltelementes im Bordnetz mit der niedrigeren Spannung fließt. Der gesamte schaltungstechnische Aufwand beschränkt sich auf die Diode sowie einer entsprechenden Anpassung der Kurzschlußstromerkennung hinsichtlich der Schwellwerte im Bordnetz mit der höheren Spannung. Dabei kann jedes Bordnetz in eine Vielzahl von Bordnetzzweigen unterteilt werden, wobei dann jedem Bordnetzzweig ein Schaltelement zugeordnet ist. For this purpose, each on-board electrical system has at least one switching element for disconnecting the electrical ones Assigned consumers from the power supply, the Short-circuit current detection is arranged in the vehicle electrical system with the higher voltage level and one parallel to the switching element in the vehicle electrical system with the lower voltage level Diode is arranged in the reverse direction. As a result, the short-circuit current is specifically increased, so that this from the short-circuit current detection in the vehicle electrical system with the higher Voltage level can be detected. This takes advantage of the fact that in the event of a short circuit this diode is always polarized in the direction of flow and an additional current independent of the Position of the switching element in the vehicle electrical system with the lower voltage flows. The whole Circuit complexity is limited to the diode and a corresponding one Adaptation of the short-circuit current detection with regard to the threshold values in the vehicle electrical system the higher tension. Each electrical system can be divided into a number of electrical system branches be subdivided, a switching element then being assigned to each electrical system branch.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens das Schaltelement im Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau als Leistungs-MOSFET ausgebildet, dessen parasitäre Diode die Kurzschlußstromerhöhungs-Diode bildet. Hindurch kann vollständig auf separate neue Bauelemente in dem entsprechenden Bordnetz bzw. Bordnetzzweig verzichtet werden. In a preferred embodiment, at least the switching element is included in the vehicle electrical system the lower voltage level formed as a power MOSFET, the parasitic Diode forms the short-circuit current increasing diode. This can completely separate new components in the corresponding electrical system or electrical system branch are dispensed with.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Bordnetze galvanisch miteinander über eine gemeinsame Masseleitung verbunden und parallel zu den Verbrauchern im Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau eine Sperrichtung gepolte Schutzdiode angeordnet, die bei Massefehlern die Verpolungsspannung an den elektrischen Verbrauchern auf die Flußspannung der Schutzdiode beschränkt. In a further preferred embodiment, the two electrical systems are galvanic connected to one another via a common ground line and parallel to the Poles a reverse direction for consumers in the vehicle electrical system with the lower voltage level Protective diode arranged, the polarity voltage on the electrical in the event of ground faults Consumers limited to the forward voltage of the protective diode.
Die Aussteuerung der Schaltelemente erfolgt vorzugsweise über in den jeweiligen Bordnetzen angeordnete Steuergeräte. The control of the switching elements is preferably carried out in the respective Control units arranged on-board networks.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Zweispannungsbordnetzes ist der Einsatz in einem Kraftfahrzeug. A preferred area of application for the dual-voltage electrical system is for use in one Motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schaltungsanordnung eines Zweispannungsbordnetzes mit Kurzschlußstromerkennung. The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained. The single figure shows a schematic circuit arrangement of a Dual-voltage electrical system with short-circuit current detection.
Das Zweispannungsbordnetz 1 umfaßt ein Bordnetz mit einer Spannung U1 und ein Bordnetz mit einer Spannung U2, wobei gilt U2 > U1. Die beiden Bordnetze sind jeweils mit einer Kurzschlußstromerkennung 11, 21 ausgebildet, die im einfachsten Fall als Srommeßeinrichtung ausgebildet ist. Des weiteren umfaßt jedes Bordnetz ein Steuergerät 12, 22, das die Meßwerte der Kurzschlußstromerkennung 11, 21 zugeführt bekommt und in Abhängigkeit des erfaßten Stromes ein Schaltelement 13, 23 betätigt. Parallel zum Schaltelement 13 ist eine in Sperrichtung gepolte Diode 14 angeordnet. In den Bordnetzen sind dann verschiedene elektrische Verbraucher R1, R2 angeordnet. Parallel zu den Verbrauchern R1 ist eine Schutzdiode 15 in Sperrichtung gepolt angeordnet. The dual-voltage electrical system 1 comprises an electrical system with a voltage U1 and an electrical system with a voltage U2, U2> U1. The two electrical systems are each designed with a short-circuit current detection 11 , 21 , which in the simplest case is designed as a current measuring device. Furthermore, each on-board network comprises a control unit 12 , 22 , which receives the measured values from the short-circuit current detection 11 , 21 and actuates a switching element 13 , 23 as a function of the detected current. A diode 14 which is polarized in the reverse direction is arranged parallel to the switching element 13 . Various electrical consumers R1, R2 are then arranged in the electrical systems. In parallel with the consumers R1, a protective diode 15 is arranged with the reverse polarity.
Im regulären Betrieb sind die beiden Schaltelemente 13, 23 geschlossen und die elektrischen Verbraucher R1, R2 werden mit der Bordnetzspannung U1 bzw. U2 versorgt. Tritt in einem Bordnetz ein Kurzschluß auf, so wird dieser durch einen entsprechenden Kurzschlußstrom durch die Kurzschlußstromerkennung 11 bzw. 21 detektiert, woraufhin das jeweilige Steuergerät 12, 22 das jeweilige Schaltelement 13, 23 öffnet, so daß die Gefahr eines Brandes verhindert wird, wobei das jeweils andere Bordnetz hiervon unberührt weiter arbeiten kann. Tritt nun jedoch ein Kurzschluß zwischen den beiden Bordnetzen ein, so fließt ein Kurzschlußstrom IK vom Bordnetz mit der höheren Spannung zum Bordnetz mit der niedrigeren Spannung. Der Kurzschluß bewirkt, daß die Diode 14 in Flußrichtung gepolt ist, so daß der Kurzschlußstrom vergrößert wird gegenüber einer Schaltung ohne Diode 14 bei offenem Schaltelement 13. Dieser vergrößerte Kurzschlußstrom IK kann dann von der Kurzschlußstromerkennung 21 detektiert werden und das Schaltelement 21 geöffnet werden. Ohne die Diode 14 würde der gesamte Kurzschlußstrom IK bei offenem Schaltelement 13 über den elektrischen Verbraucher R1 abfließen. Dieser Kurzschlußstrom IK wäre zwar erheblich höher als der Nennstrom durch den Verbraucher R1, jedoch im Regelfall sehr klein gegenüber dem Nennstrom der Verbraucher R2, so daß eine sehr kleine Stromänderung detektiert werden müsste, was bekanntlich sehr schwierig ist. Durch die Diode 14 wird der Kurzschlußstrom IK im Verhältnis zum Nennstrom der Verbraucher R2 bei offenem Schaltelement 13 wesentlich erhöht und kann leichter detektiert werden. In regular operation, the two switching elements 13 , 23 are closed and the electrical consumers R1, R2 are supplied with the electrical system voltage U1 and U2. If a short circuit occurs in an on-board electrical system, this is detected by a corresponding short-circuit current through the short-circuit current detection 11 or 21 , whereupon the respective control device 12 , 22 opens the respective switching element 13 , 23 , so that the risk of fire is prevented, the each other electrical system can continue to work unaffected by this. However, if there is a short circuit between the two electrical systems, a short circuit current I K flows from the electrical system with the higher voltage to the electrical system with the lower voltage. The short circuit causes the diode 14 to be polarized in the direction of flow, so that the short circuit current is increased compared to a circuit without a diode 14 with the switching element 13 open. This increased short-circuit current I K can then be detected by the short-circuit current detection 21 and the switching element 21 can be opened. Without the diode 14 , the entire short-circuit current I K would flow through the electrical consumer R1 when the switching element 13 is open. This short-circuit current I K would be considerably higher than the nominal current through the consumer R1, but as a rule very small compared to the nominal current of the consumer R2, so that a very small change in current would have to be detected, which is known to be very difficult. The diode 14 increases the short-circuit current I K in relation to the nominal current of the consumers R2 when the switching element 13 is open and can be detected more easily.
Die Schutzdiode 15 dient dazu bei Massefehlern die Verpolspannung an dem elektrischen Verbraucher R1 auf die Flußspannung der Schutzdiode 15 zu begrenzen. In the event of ground faults, the protective diode 15 serves to limit the polarity reversal voltage at the electrical consumer R1 to the forward voltage of the protective diode 15 .
Die Schaltelemente 13, 23 können beispielsweise als Relais, mechanische Schalter oder als Transistoren ausgebildet sein. The switching elements 13 , 23 can be designed, for example, as relays, mechanical switches or as transistors.
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WO2013050207A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Robert Bosch Gmbh | A diagnostic device for a multi-voltage on-board electrical distribution system, a multi-voltage power supply and a method for operating a multi-voltage on-board electrical distribution system |
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2001
- 2001-08-03 DE DE10138477A patent/DE10138477A1/en not_active Ceased
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DE102012215542A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Protective and / or diagnostic device for multi-voltage vehicle electrical system, multi-voltage vehicle electrical system and method for operating a multi-voltage vehicle electrical system |
US9310411B2 (en) | 2011-10-07 | 2016-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Diagnostic device for a multi-voltage vehicle electrical system, a multi-voltage vehicle electrical system, and a method for operating a multi-voltage vehicle electrical system |
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8181 | Inventor (new situation) |
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