DE102012220818A1

DE102012220818A1 - Vorrichtung zur Stromversorgung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012220818A1
Application number: DE102012220818.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bieger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-06-12
Also published as: EP2920030A1; CN104797465A; US20160288743A1; WO2014076039A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung (1) eines Verbrauchers (2) in einem Fahrzeug mit einer Gleichspannungsquelle (10) aufweisend einen ersten Anschluss (11) und einen zweiten Anschluss (12) und mit einer mehradrigen Leitung zur Übertragung der Spannung von der Gleichspannungsquelle zum Verbraucher (2). Um bei geringerer Spannung über die mehradrige Leitung mehr Leistung zu dem Verbraucher übertragen zu können, ist erfindungsgemäß der erste Anschluss (11) der Gleichspannungsquelle (10) mit der mehradrigen Leitung (14) und der zweite Anschluss (12) der Gleichspannungsquelle (12) mit einem Massepotential (16) verbindbar. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung eines Verbrauchers in einem Fahrzeug mit einer Gleichspannungsquelle aufweisend einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und mit einer mehradrigen Leitung zur Übertragung der Spannung von der Gleichspannungsquelle zum Verbraucher sowie ein entsprechendes Verfahren.
Es ist bereits bekannt, mittels mehradriger Leitungen, beispielsweise Ethernet-Kabeln, Strom an einen Verbraucher zu übertragen. IEEE hat hierfür Standards entwickelt, bei denen über zwei (IEEE 802-3af) bzw. vier (IEEE 802-3at) Adern eines EthernetKabels eine Spannung auf einen Verbraucher übertragen werden kann. Eine derartige Lösung wird als Power-over-Ethernet bezeichnet. Um bei einer Verschaltung nach dem Ethernet-Standard trotz der geringen Strombelastbarkeit des Kabels (laut IEEE 802-3af: 350 mA) eine Leistung von 10 W auf den Verbraucher übertragen zu können, wird mit einer Spannung von typischerweise 48 V gearbeitet.
Auch aus der Druckschrift EP 1 769 315 B1 ist eine Spannungsversorgung mittels Ethernet-Kabeln bekannt. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren erläutert, bei dem auf der Grundlage der Ermittlung, ob bei einer angetriebenen Vorrichtung weniger Energie benötigt wird, die Anzahl der Leiterpaare, über welche die Energie übertragen wird, an den von der angetriebenen Vorrichtung benötigte Energiebedarf angepasst wird.
Die obigen Lösungen beinhalten das Problem, dass entweder nicht genügend Leistung an einen Verbraucher übertragen werden kann oder die von der Spannungsquelle bereitgestellte Spannung hoch sein muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Stromversorgung zu schaffen, welche trotz geringer Spannung, welche durch die Spannungsquelle bereitgestellt wird, eine höhere Leistung übertragen kann. Die Aufgabe besteht weiter darin, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere weist die Vorrichtung zur Stromversorgung eine Gleichspannungsquelle auf, deren erster Anschluss mit der mehradrigen Leitung und deren zweiter Anschluss mit einem Massepotential verbindbar oder verbunden ist. Hierbei ist der Verbraucher über die mehradrige Leitung mit der Spannungsquelle verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die positive Versorgungsspannung, welche dem ersten Anschluss entspricht, auf mehrere Adern der Leitung einzuspeisen, vorzugsweise auf alle Adern der mehradrigen Leitung. Der Kontakt zur negativen Spannung (Masse), welche dem zweiten Anschluss entspricht, wird mittels einer separaten Leitung hergestellt. Bei einem Fahrzeug ist das Massepotential vorzugsweise als Fahrzeugmasse, beispielsweise in Form der Fahrzeug-Karosserie, ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der Masseanschluss der Spannungsquelle über eine separate, vorzugsweise einadrige Leitung mit der Fahrzeug-Karosserie verbunden. Auf diesem Wege kann die benötigte Kabellänge reduziert werden, da die Fahrzeug-Masse üblicherweise von jeder Stelle im Fahrzeug auf kurzem Wege erreichbar ist.
Die Spannungsquelle und/oder die mehradrige Leitung weist vorzugsweise eine Schnittstelle auf, welche im Strompfad zwischen dem ersten Anschluss der Spannungsquelle und der mehradrigen Leitung angeordnet ist.
Die Masse des Verbrauchers liegt ebenfalls an einem Massepotential, beispielsweise der Fahrzeugmasse, insbesondere der Fahrzeug-Karosserie.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mehradrige Leitung als Ethernet-Kabel ausgebildet. Die positive Spannung (erster Anschluss der Gleichspannungsquelle) wird auf die einzelnen Adern des Ethernet-Kabels, d.h. mindestens auf 4 Adern, vorzugsweise mindestens auf 6 Adern, besonders bevorzugt auf alle Adern des Ethernet-Kabels in Parallelschaltung übertragen. Nach der erfindungsgemäßen Lösung kann in einem Pkw mit einer Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der Spannungsquelle von 12 V (oder in einem LKW mit 24 V) genauso viel Leistung bereitgestellt werden, wie mittels eines Ethernet-Kabels bei einer herkömmlichen Verschaltung gemäß IEEE802-3af und einer Spannung von 48 V. Erfindungsgemäß können daher auch leistungshungrige Verbraucher versorgt werden. Bis auf das kurze Massekabel wird dabei keine zusätzliche Verkabelung benötigt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird an dem Speisepunkt einer Ader oder eines Aderpaares der mehradrigen Leitung jeweils ein Strombegrenzer angeordnet. Vorzugsweise ist der jeweilige Strombegrenzer in der Schnittstelle, welche in dem Strompfad zwischen dem ersten Anschluss der Spannungsquelle und der mehradrigen Leitung angeordnet ist, vorgesehen. Dies ist von Vorteil, da der Gesamtstrom aufgrund von unterschiedlichen Leitungswiderständen ungleichmäßig auf die Adern der mehradrigen Leitung verteilt werden kann. Der jeweilige Strombegrenzer begrenzt den auf die jeweilige Ader oder das jeweilige Aderpaar übertragene elektrische Stromstärke auf einen jeweils vorgegebenen Maximalwert.
Die obige Aufgabe wird aus analogen Gründen auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst, wobei der erste Anschluss der Gleichspannungsquelle mit der mehradrigen Leitung und der zweite Anschluss mit einem Massepotential verbunden wird.
Bei einem Fahrzeug nach der vorliegenden Erfindung handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder um ein Elektrofahrrad.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der einzigen Figur. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Die einzige 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromversorgung 1 und den Verbraucher 2 sowie deren Verschaltung.
Eine Spannungsquelle 10 der Stromversorgung 1 ist mit ihrem ersten Anschluss 11 (positive Versorgungsspannung) mit einem Ethernet-Kabel 14, vorzugsweise mit einem 8-adrigen 1000BASE-T Ethernet-Kabel (Gigabit-Ethernet), verbunden. Insbesondere ist die positive Versorgungsspannung in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel parallel mit allen vier Aderpaaren verbunden. Alternativ könnte der erste Ausgang 11 der Spannungsquelle 10 auch lediglich mit einem Aderpaar, zwei oder drei Aderpaaren der vier Aderpaare verbunden sein.
Der zweite Anschluss 12 der Spannungsquelle 10 (negative Versorgungsspannung, Masse) ist mit der Fahrzeugmasse, beispielsweise die Karosserie 16 des Fahrzeugs verbunden.
An dem der Spannungsquelle 10 gegenüber liegenden Ende des Ethernet-Kabels 14 ist dieses mit dem Verbraucher 2 verbunden. Die Masse des Verbrauchers liegt an der Fahrzeug-Karosserie 16. Der Verbraucher 2 weist ferner eine Schnittstelle auf, welche ermöglicht, dass die positive Versorgungsspannung und die durch jede Ader übertragene elektrische Stromstärke von allen vier Aderpaaren abgegriffen werden kann.
Um Problemen aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung der elektrischen Stromstärke auf die Adern des Ethernet-Kabels 14 entgegen zu wirken, ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel am Speisepunkt eines jeden Aderpaares auf der Seite der Spannungsquelle ein Strombegrenzer (nicht dargestellt) angeordnet, wobei der oder die Strombegrenzer vorzugsweise in einer zwischen dem ersten Anschluss 11 der Gleichstromquelle und dem Ethernet-Kabel 14 angeordneten Schnittstelle (nicht dargestellt) angeordnet ist.
Zwischen dem ersten Anschluss 11 und dem zweiten Anschluss 12 der Spannungsquelle 10 liegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel typischerweise 12 V bei einem Pkw oder 24 V bei einem Lkw an.
Bei der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz zu den in den IEEE-Standards beschriebenen Lösungen für Power-over-Ethernet nur die positive Spannung über das Ethernet-Kabel 14 übertragen. Dabei können alle 8 Adern oder auch weniger als 8 Adern genutzt werden. Der Masseanschluss der Spannungsquelle liegt an der Fahrzeug-Masse. Im Gegensatz zur Nutzung von zwei (IEEE 802-3af) bzw. vier (IEEE 802-3at) Adern (einschließlich Masseverbindung) nach dem Stand der Technik vervierfacht bzw. verdoppelt sich so die Strombelastbarkeit des gesamten Ethernet-Kabels bei Nutzung aller 8 Adern. Somit kann nach der vorliegenden Erfindung dieselbe Leistung mit einem Viertel bzw. der Hälfte der Spannung übertragen werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Stromversorgung
2: Verbraucher
10: Spannungsquelle
11: erster Anschluss der Spannungsquelle 10
12: zweiter Anschluss der Spannungsquelle 10
14: Ethernet-Kabel
16: Karosserie eines Fahrzeugs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1769315 B1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802-3af [0002]
IEEE 802-3at [0002]
IEEE 802-3af: 350 mA [0002]
IEEE802-3af [0010]
IEEE 802-3af [0021]
IEEE 802-3at [0021]

Claims

Vorrichtung zur Stromversorgung (1) eines Verbrauchers (2) in einem Fahrzeug mit einer Gleichspannungsquelle (10) aufweisend einen ersten Anschluss (11) und einen zweiten Anschluss (12) und mit einer mehradrigen Leitung zur Übertragung der Spannung von der Gleichspannungsquelle zum Verbraucher (2), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (11) der Gleichspannungsquelle (10) mit der mehradrigen Leitung (14) und der zweite Anschluss (12) der Gleichspannungsquelle (12) mit einem Massepotential (16) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massepotential durch die Fahrzeugmasse (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehradrige Leitung (14) als Ethernet-Kabel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (10) zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) eine Spannung von 12 Volt oder 24 Volt bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Strombegrenzer an dem Speisepunkt einer Ader oder eines Aderpaares der mehradrigen Leitung (14) angeordnet ist.
Verfahren zur Stromversorgung eines Verbrauchers (2) in einem Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (11) der Gleichspannungsquelle (10) mit der mehradrigen Leitung (14) und der zweiten Anschluss (12) der Gleichspannungsquelle (10) mit dem Massepotential (16) verbunden wird.