DE102012218471A1 - Circuit device for onboard network for vehicle, has resistors that are arranged parallel to transducer, and are controlled such that current is flowed from first onboard sub-network into second onboard sub-network in connected state - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für ein Bordnetz nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for a vehicle electrical system according to the preamble of independent claim 1.
Zur Optimierung der Betriebmodi eines Fahrzeugs sind aus dem Stand der Technik Bordnetze mit zwei Teilbordnetzen bekannt, welche in der Regel unterschiedliche Betriebsspannungen aufweisen. Die nominalen Betriebsspannungen liegen beispielsweise bei 12V und 48V. Die beiden Teilbordnetze verfügen in der Regel jeweils über einen eigenen Energiespeicher und sind durch einen DC/DC-Wandler gekoppelt. Der Generator versorgt dabei im Gegensatz zu dem in der Vergangenheit üblichen 12V Bordnetz das 48V Teilbordnetz. Der Leistungsfluss durch den DC/DC-Wandler hängt dabei stark von den eingeschalteten Lasten ab und liegt im Bereich von ca. 100W bis zu ca. 3KW. Dabei entstehen erhebliche Verluste und damit Wärme. Außerdem ist der Preis des DC/DC-Wandlers stark von der Leistung abhängig.To optimize the operating modes of a vehicle, electrical systems with two sub-board networks are known from the prior art, which generally have different operating voltages. The nominal operating voltages are for example at 12V and 48V. The two sub-systems usually each have their own energy storage and are coupled by a DC / DC converter. The generator supplies in contrast to the usual in the past 12V electrical system, the 48V power supply. The power flow through the DC / DC converter depends heavily on the loads switched on and is in the range of approx. 100W to approx. 3KW. This results in significant losses and thus heat. In addition, the price of the DC / DC converter is highly dependent on the performance.
In der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Bordnetz mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Maximalleistung des DC/DC-Wandlers reduziert werden kann, ohne dabei wesentliche Einschränkungen für den Betrieb in Kauf nehmen zu müssen. Bei einem Betriebsprofil, dass beispielsweise eine Spitzenleistung von 3kW erfordert, aber fast immer eine Leistung von weniger als 1 kW erfordert, kann bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in vorteilhafter Weise ein DC/DC-Wandler mit einer Leistung von 1kW anstatt eines DC/DC-Wandlers mit einer Leistung von 3KW verwendet werden. Da dann die Verluste bezogen auf den gesamten Fahrzyklus vernachlässigbar sind, wäre für die verbleibende Zeit ein reduzierter Wirkungsgrad vernachlässigbar.The circuit arrangement according to the invention for an electrical system with the features of independent claim 1 has the advantage that the maximum power of the DC / DC converter can be reduced without having to accept significant restrictions on the operation in purchasing. For example, in an operating profile requiring a peak power of 3kW but almost always requiring a power of less than 1kW when using the circuitry of the present invention, advantageously a DC / DC converter with a power of 1kW instead of a DC / DC Converters with a power of 3KW are used. Since then the losses relative to the entire driving cycle are negligible, a reduced efficiency would be negligible for the remaining time.
Der Kern der Erfindung besteht darin, über mindestens einen schaltbaren Widerstand einen Stromfluss aus dem ersten Bordnetz mit einer höheren Betriebsspannung in das zweite Bordnetz mit einer niederen Betriebsspannung zu ermöglichen. Dadurch kann der DC/DC-Wandler in vorteilhafter Weise kleiner dimensioniert werden, so dass entsprechende Kosten zur Beschaffung des DC/DC-Wandlers reduziert werden können. Der mindestens eine schaltbare Widerstand kann ebenfalls eingesetzt werden, wenn der DC/DC-Wandler auf Grund eigener Schutzmechanismen, wie beispielsweise Übertemperatur, oder bei einem Defekt nur noch eine geringere oder gar keine Leistung mehr an das Bordnetz liefern kann. Zudem kann bei entsprechender Anordnung des mindestens einen schaltbaren Widerstands, beispielsweise in einer Zuleitung eines Heizungswärmetauschers, in vorteilhafter Weise die Heizleistung im Fahrzeug, insbesondere in der Warmlaufphase des Motors verbessert werden.The essence of the invention is to enable at least one switchable resistor, a current flow from the first electrical system with a higher operating voltage in the second electrical system with a low operating voltage. As a result, the DC / DC converter can advantageously be dimensioned smaller, so that corresponding costs for the procurement of the DC / DC converter can be reduced. The at least one switchable resistor can likewise be used if the DC / DC converter can only deliver a lower or even no power to the vehicle electrical system due to its own protective mechanisms, such as overtemperature, or in the case of a defect. In addition, with appropriate arrangement of the at least one switchable resistor, for example in a supply line of a heating heat exchanger, the heating power in the vehicle, in particular in the warm-up phase of the engine can be improved in an advantageous manner.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz zur Verfügung, welches ein erstes Teilbordnetz mit einem ersten Energiespeicher, ein zweites Teilbordnetz mit einem zweiten Energiespeicher und einen DC/DC-Wandler zur Kopplung des ersten Teilbordnetzes und des zweiten Teilbordnetzes umfasst, wobei das erste Teilbordnetz für eine erste Betriebsspannung ausgelegt ist, und wobei das zweite Teilbordnetz für eine niedrigere zweite Betriebsspannung ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Widerstand parallel zum DC/DC-Wandler schaltbar, welcher im zugeschalteten Zustand einen Stromfluss aus dem ersten Teilbordnetz in das zweite Teilbordnetz freigibt.Embodiments of the present invention provide a circuit arrangement for a vehicle electrical system, which comprises a first sub-board network with a first energy store, a second sub-board network with a second energy store and a DC / DC converter for coupling the first sub-board network and the second sub-board network, wherein the first Part-board network is designed for a first operating voltage, and wherein the second sub-electrical system is designed for a lower second operating voltage. According to the invention, at least one resistor is switchable in parallel to the DC / DC converter, which releases a current flow from the first sub-board network into the second sub-board network in the switched-on state.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung für ein Bordnetz möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 circuit arrangement for a vehicle electrical system are possible.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein Schalter, welcher den mindestens einen Widerstand zuschaltet, als elektromagnetisches Relais oder als Halbleiterschalter implementiert werden kann. Bei der Verwendung von elektromechanischen Relais ist in vorteilhafter Weise eine vollständige Trennung der beiden Teilnetze auf besonders einfache Weise möglich. Die schaltbaren Widerstände können einen Gesamtwiderstand aufweisen, welcher einen Gesamtstromfluss zur Bereitstellung der maximalen Leistung bewirkt, wenn alle Widerstände gleichzeitig zugeschaltet sind.It is particularly advantageous that a switch which switches on the at least one resistor can be implemented as an electromagnetic relay or as a semiconductor switch. When using electromechanical relays, a complete separation of the two subnetworks is possible in a particularly simple manner in an advantageous manner. The switchable resistors may have a total resistance which causes a total current flow to provide the maximum power when all the resistors are switched on simultaneously.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können zum Einstellen des Stromflusses aus dem ersten Teilbordnetz in das zweite Teilbordnetz vier Widerstände parallel zum DC/DC-Wandler geschaltet werden. Um beispielsweise die vollen Leistung von ca. 3KW aus dem ersten Teilbordnetz mit einer ersten Betriebsspannung von ca. 48V Bordnetz abführen zu können, sollten die einzelnen Widerstände einen Strom von ca. 60A tragen können. Der Gesamtwiderstand sollte bei der ersten Betriebsspannung von ca. 48V und der zweiten Betriebsspannung von ca. 12V dann bei einer Differenzspannung von ca. 36V ungefähr 0,6Ω betragen. Besonders vorteilhaft bezüglich der Stromstärken und der damit verbundenen Schalter und Leitungen erscheint eine Aufteilung auf vier Widerstände mit je 2,4Ω Ohm zu sein. Selbstverständlich sind aber auch nahezu beliebig viele andere Dimensionierungen denkbar. In an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention, four resistors can be connected in parallel with the DC / DC converter for setting the current flow from the first sub-board network into the second sub-board network. For example, to be able to dissipate the full power of about 3KW from the first sub-board network with a first operating voltage of about 48V electrical system, the individual resistors should be able to carry a current of about 60A. The total resistance should be at the first operating voltage of about 48V and the second operating voltage of about 12V then at a differential voltage of about 36V about 0.6Ω. Particularly advantageous in terms of the currents and the associated switches and lines appears to be a division into four resistors, each with 2.4Ω ohms. Of course, but also almost any number of other dimensions are conceivable.
Alternativ können die vier schaltbaren Widerstände verschiedene Widerstandswerte aufweisen. Vorzugweise weist ein erster schaltbarer Widerstand einen ersten Widerstandswert auf und die nachfolgenden Widerstände weisen jeweils den doppelten Widerstandswert des vorhergehenden Widerstands auf. Eine solche Anordnung von vier Widerständen ermöglicht in vorteilhafter Weise mit relativ wenigen Schaltern eine relativ feine Einstellung des Stromwertes, welcher vom ersten Teilbordnetz zum zweiten Teilbordnetz fließt. Dies kann insbesondere bei einem kleinen Energiespeicher im zweiten Teilbordnetz mit der niedrigeren zweiten Betriebsspannung relevant sein, um bei Lastabschaltungen starke Überspannungen zu vermeiden.Alternatively, the four switchable resistors may have different resistance values. Preferably, a first switchable resistor has a first resistance and the subsequent resistors each have twice the resistance of the previous resistor. Such an arrangement of four resistors advantageously makes it possible, with relatively few switches, to set the current value relatively fine, which flows from the first sub-board network to the second sub-board network. This can be relevant in particular in the case of a small energy store in the second onboard power supply with the lower second operating voltage in order to avoid heavy overvoltages during load shutdowns.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der korrespondierende Schalter den mindestens einen Widerstand zuschalten, wenn die im zweiten Teilbordnetz angeforderte Leistung höher als die Nennleistung des DC/DC-Wandlers ist. Zusätzlich kann der korrespondierende Schalter den mindestens einen Widerstand zuschalten, wenn der DC/DC-Wandler aufgrund eines internen Schutzmechanismus oder eines Defekts eine geringere oder gar keine Leistung mehr liefert.In a further advantageous refinement of the circuit arrangement according to the invention, the corresponding switch can switch on the at least one resistor if the power requested in the second onboard power supply is higher than the nominal power of the DC / DC converter. Additionally, the corresponding switch may turn on the at least one resistor when the DC / DC converter is providing less or no power due to an internal protection mechanism or defect.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der mindestens eine schaltbare Widerstand in einer Zuleitung eines Heizungswärmetauschers angeordnet werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Heizleistung des Fahrzeugs, insbesondere in der Warmlaufphase des Motors verbessert werden.In a further advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the at least one switchable resistor can be arranged in a supply line of a heating heat exchanger. As a result, the heating power of the vehicle, in particular in the warm-up phase of the engine can be improved in an advantageous manner.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie aus
Erfindungsgemäß umfasst die Schaltungsanordnung
Wie aus
Der korrespondierende Schalter S1, Sn schaltet den mindestens einen Widerstand R1, Rn zu, wenn die im zweiten Teilbordnetz
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform werden vier schaltbare Widerstände R1 bis R4 verwendet, die unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Hierbei weist ein erster schaltbarer Widerstand R1 einen ersten Widerstandswert R auf, und die nachfolgenden Widerstände weisen jeweils den doppelten Widerstandswert des vorhergehenden Widerstands auf. Das bedeutet, dass ein zweiter Widerstand R2 einen Widerstandswert von 2R aufweist, ein dritter Widerstand R3 einen Widerstandswert von 4R und ein vierter Widerstand R4 einen Widerstandswert von 8R aufweist. Durch diese Anordnung der vier Widerstände R1 bis R4, kann mit relativ wenigen Schaltern S1 bis S4 der Stromwert relativ fein eingestellt werden. Dies kann insbesondere bei einem kleinen zweiten Energiespeicher
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Maximalleistung des DC/DC-Wandlers, ohne dabei wesentliche Einschränkungen für den Betrieb des Bordnetzes in Kauf nehmen zu müssen.Embodiments of the present invention advantageously allow a reduction in the maximum power of the DC / DC converter, without having to accept significant restrictions on the operation of the electrical system.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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