DE102016207132B4 - Method and circuit device for stabilizing an electrical system voltage - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung (Ua) eines Bordnetzes (BN) während einer Einschaltphase (Te) eines Stromverbrauchers (EM) im Bordnetz (BN) mittels eines Gleichspannungswandlers (GW),- wobei der Gleichspannungswandler (GW) am Ende der Einschaltphase (Te) des Stromverbrauchers (EM) durch Schließen einer steuerbaren Überbrückungsschaltereinheit (RL) überbrückt wird; dadurch gekennzeichnet, dass- der Gleichspannungswandler (GW) für eine vorgegebene Zeitdauer (Td_ein, Td_aus) unmittelbar nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit (RL) mit dem Regelungsziel geregelt wird, die Bordnetzspannung (Ua) an eine Referenzspannung (Ue) anzugleichen.Method for stabilizing an electrical system voltage (Ua) of an electrical system (BN) during a switch-on phase (Te) of a power consumer (EM) in the electrical system (BN) by means of a DC voltage converter (GW), the DC voltage converter (GW) at the end of the switch-on phase (Te) the power consumer (EM) is bridged by closing a controllable bypass switch unit (RL); characterized in that the DC-DC converter (GW) is regulated for a predetermined period of time (Td_ein, Td_aus) immediately after the bridging switch unit (RL) is closed with the aim of regulating the vehicle electrical system voltage (Ua) to a reference voltage (Ue).

Description

Technisches Gebiet:Technical field:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsvorrichtung zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung eines Bordnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Bordnetz mit einer genannten Schaltungsvorrichtung.The present invention relates to a method and a circuit device for stabilizing an electrical system voltage of an electrical system, in particular a motor vehicle, and an electrical system with said circuit device.

Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:PRIOR ART AND OBJECT OF THE INVENTION:

Eine Druckschrift DE 10 2007 029 025 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem ersten Bordnetzzweig, der einen ersten elektrischen Verbraucher und eine parallel dazu geschaltete Spannungsquelle enthält, einem zweiten Bordnetzzweig, der einen zweiten Verbraucher enthält, und einem Gleichspannungswandler, durch den der erste Bordnetzzweig mit dem zweiten Bordnetzzweig koppelbar ist, sowie einer parallel zum Gleichspannungswandler geschalteten ersten Schalteinrichtung, durch die im geschlossenen Schaltzustand der Gleichspannungswandler hinsichtlich des zweiten Verbrauchers überbrückt wird.A pamphlet DE 10 2007 029 025 A1 describes a motor vehicle electrical system with a first electrical system branch, which contains a first electrical consumer and a voltage source connected in parallel with it, a second electrical system branch, which contains a second consumer, and a DC / DC converter, through which the first electrical system branch can be coupled to the second electrical system branch, and one in parallel to the DC converter switched first switching device, by which in the closed switching state the DC converter is bridged with respect to the second consumer.

Eine weitere Druckschrift DE 10 2008 053 171 Al beschreibt eine Vorrichtung zum Ausgleich von Spannungsunterschieden bei Bordnetzspannungen. Die Vorrichtung umfasst einen Mikrokontroller, einen Spannungswandler, einen Pulsweitenmodulations-Kontroller, ein Spannungsmessgerät, das eine Eingangsspannung des Spannungswandlers misst und den Messwert an den Mikrokontroller übermittelt.Another publication DE 10 2008 053 171 A1 describes a device for compensating for voltage differences in vehicle electrical system voltages. The device comprises a microcontroller, a voltage converter, a pulse width modulation controller, a voltage measuring device that measures an input voltage of the voltage converter and transmits the measured value to the microcontroller.

Ein Bordnetz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfasst sowohl leistungsstarke Stromverbraucher, welche währen des Betriebs zu Spannungsschwankungen in der Bordnetzspannung führen, als auch sensitive elektrische Stromverbraucher, welche empfindlich auf Spannungsschwankungen in der Bordnetzspannung reagieren. Zu den leistungsstarken Stromverbrauchern eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs gehören beispielsweise Anlasser zum Starten eines Verbrennungsmotors oder eine elektrische Lenkung. Zu den sensitiven Stromverbrauchern des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs gehören beispielsweise Beleuchtungsmittel zum Beleuchten eines Armaturenbretts oder eines Innenraums des Kraftfahrzeugs. Werden ein oder andere leistungsstarken Stromverbraucher durch Einschalten an das Bordnetz elektrisch angeschlossen, so führen die durch diese leistungsstarken Stromverbraucher verursachten Spannungsschwankungen bei den sensitiven Stromverbrauchern im Bordnetz zu Funktionsstörungen, wie z. B. Flackern bei den Beleuchtungsmitteln, führen. Um derartigen Störungen entgegenzuwirken, umfasst das Bordnetz in der Regel einen Gleichspannungswandler, welcher während der Einschaltphase eines leistungsstarken Stromverbrauchers in Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle die Bordnetzspannung stabilisiert. Währen der Ausschaltphase der leistungsstarken Stromverbraucher, in der keine Stabilisierung der Bordnetzspannung erforderlich ist, wird der Gleichspannungswandler mittels eines Relais überbrückt.An on-board electrical system, in particular of a motor vehicle, comprises both powerful current consumers, which lead to voltage fluctuations in the on-board electrical system voltage during operation, and sensitive electrical current consumers, which react sensitively to voltage fluctuations in the on-board electrical system voltage. The powerful electricity consumers of an on-board network of a motor vehicle include, for example, starters for starting an internal combustion engine or electrical steering. The sensitive electricity consumers of the vehicle electrical system include, for example, lighting means for illuminating a dashboard or an interior of the motor vehicle. If one or other powerful electricity consumers are electrically connected to the vehicle electrical system by switching on, the voltage fluctuations caused by these powerful electricity consumers lead to malfunctions in the sensitive electricity consumers in the vehicle electrical system, such as. B. flickering in the lighting. In order to counteract such disturbances, the on-board electrical system generally includes a DC voltage converter, which stabilizes the on-board electrical system voltage during the switch-on phase of a powerful current consumer in conjunction with an electrical energy source. During the switch-off phase of the powerful power consumers, in which no stabilization of the vehicle electrical system voltage is required, the DC-DC converter is bridged by a relay.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Bordnetzspannung eines oben genannten Bordnetzes in einer einfachen und kostengünstigen Weise zuverlässig zu stabilisieren.The object of the present invention is to reliably stabilize the electrical system voltage of an above-mentioned electrical system in a simple and inexpensive manner.

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung eines Bordnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, während einer Einschaltphase eines Stromverbrauchers im Bordnetz, insbesondere eines Anlassers zum Starten eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, mittels eines Gleichspannungswandlers bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, a method for stabilizing an on-board electrical system voltage of an on-board electrical system, in particular a motor vehicle, is provided by means of a DC voltage converter during a switch-on phase of a power consumer in the on-board electrical system, in particular a starter for starting an internal combustion engine of the motor vehicle.

Gemäß dem Verfahren wird am Ende der Einschaltphase des Stromverbrauches der Gleichspannungswandler durch Schließen einer steuerbaren Überbrückungsschalteinheit (bspw. mit einem Vorwiderstand), insbesondere eines Relais oder einer halbleiterbasierten Schalteinrichtung, überbrückt. Der Gleichspannungswandler wird für eine vorgegebene Zeitdauer unmittelbar nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit weiterhin mit dem Regelungsziel geregelt, die Bordnetzspannung an eine Referenzspannung anzugleichen.According to the method, at the end of the switch-on phase of the current consumption, the DC-DC converter is bridged by closing a controllable bypass switching unit (for example with a series resistor), in particular a relay or a semiconductor-based switching device. The DC-DC converter continues to be regulated for a predetermined period of time immediately after the bridging switch unit is closed, with the aim of regulating the on-board electrical system voltage to a reference voltage.

Der Erfindung liegen die Erkenntnisse zugrunde, dass beim Öffnen oder beim Schließen der Überbrückungsschaltereinheit bzw. des Relais (bspw. mit einem Vorwiderstand) am Anfang bzw. im Anschluss der Einschaltphase eines leistungsstarken Stromverbrauchers zum Überbrücken des Gleichspannungswandlers oft zu ruckartigen Stromflüssen im Bordnetz vorkommen.The invention is based on the findings that when the bridging switch unit or the relay is opened or closed (for example with a series resistor) at the beginning or after the switch-on phase of a powerful current consumer for bridging the DC-DC converter, jerky current flows often occur in the vehicle electrical system.

Bei einer näheren Untersuchung wurde erkannt, dass die Spannungsunterschiede an den beiden Anschlüssen der Überbrückungsschaltereinheit bzw. des Relais infolge der Spannungsunterschiede zwischen der Bordnetzspannung und der Ausgangsspannung der elektrischen Energiequelle die Ursache für die ruckartigen Stromflüsse war.A closer examination revealed that the voltage differences at the two connections of the bypass switch unit or the relay due to the voltage differences between the vehicle electrical system voltage and the output voltage of the electrical energy source were the cause of the jerky current flows.

Um diesen ruckartigen Stromflüssen entgegenzuwirken, bedarf es eine Lösung, die genannten Spannungsunterschiede zu vermeiden bzw. zu verringern.In order to counteract these jerky current flows, a solution is required, the aforementioned Avoid or reduce voltage differences.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Verfahren entwickelt, bei dem der Gleichspannungswandler am Anfang bzw. im Anschluss einer Einschaltphase eines leistungsstarken Stromverbrauchers und unmittelbar nach dem Öffnen bzw. nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit für eine vorgegebene Zeitdauer mit dem Regelungsziel geregelt wird, die Bordnetzspannung an eine Referenzspannung (welche bspw. basierend auf die Ausgangsspannung der Energiequelle bestimmt werden kann) anzugleichen. Dabei bedeutet der Begriff „Angleichen“, dass die Bordnetzspannung durch die Regelung des Gleichspannungswandlers für die vorgegebene Zeitdauer langsam geändert wird, dass diese am Ende der vorgegebenen Zeitdauer auf die Höhe der Referenzspannung angehoben oder reduziert wird.Based on these findings, a method is developed in which the DC / DC converter is regulated for a predetermined period of time with the aim of regulating the on-board electrical system voltage at a time when a high-performance power consumer starts or after a power-on phase has been switched on and immediately after the bridging switch unit has been opened or closed Adjust reference voltage (which can be determined, for example, based on the output voltage of the energy source). The term “adjust” means that the vehicle electrical system voltage is slowly changed by the regulation of the DC-DC converter for the specified period of time, that it is raised or reduced to the level of the reference voltage at the end of the specified period.

Dadurch werden ruckartige (starke) Stromflüsse beim Aktivieren bzw. beim Überbrücken des Gleichspannungswandlers am Anfang bzw. im Anschluss einer Einschaltphase eines leistungsstarken Stromverbrauchers im Bordnetz wirksam vermieden bzw. verringert.Jerky (strong) current flows when activating or bridging the DC / DC converter at the beginning or after a switch-on phase of a powerful power consumer in the vehicle electrical system are effectively avoided or reduced.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist somit eine Möglichkeit bereitgestellt, die Bordnetzspannung eines oben genannten Bordnetzes in einer einfachen und kostengünstigen Weise zuverlässig zu stabilisieren.The method described above thus provides a possibility of reliably stabilizing the on-board electrical system voltage of an above-mentioned electrical system in a simple and inexpensive manner.

Beispielsweise ist die Bordnetzspannung eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers bzw. am Ausgangsstromanschluss des Gleichspannungswandlers.For example, the vehicle electrical system voltage is an output voltage of the DC voltage converter or at the output current connection of the DC voltage converter.

Beispielsweise ist die Referenzspannung eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers bzw. am Eingangsstromanschluss des Gleichspannungswandlers.For example, the reference voltage is an input voltage of the DC voltage converter or at the input current connection of the DC voltage converter.

Beispielsweise ist die Referenzspannung eine Ausgangsspannung einer elektrischen Energiequelle im Bordnetz, welche eingerichtet ist, Strom für den Stromverbraucher bereitzustellen, und mit welcher der Spannungswandler zur Stabilisierung der Bordnetzspannung spannungseingangsseitig elektrisch verbunden wird.For example, the reference voltage is an output voltage of an electrical energy source in the vehicle electrical system, which is set up to provide current for the current consumer and to which the voltage converter is electrically connected on the voltage input side in order to stabilize the vehicle electrical system voltage.

Beispielsweise beträgt die vorgegebene Zeitdauer bis zu 100 Millisekunden, insbesondere bis zu 50 Millisekunden, speziell bis zu 10 Millisekunden.For example, the predetermined time period is up to 100 milliseconds, in particular up to 50 milliseconds, especially up to 10 milliseconds.

Beispielsweise wird die Referenzspannung an einem Eingangsstromanschluss des Gleichspannungswandlers während der vorgegebenen Zeitdauer wiederholt erfasst. Ferner wird die Ausgangsspannung beispielsweise an einem Ausgangsstromanschluss des Gleichspannungswandlers während der vorgegebenen Zeitdauer wiederholt erfasst. Der Gleichspannungswandler wird dann währen der vorgegebenen Zeitdauer insbesondere mit dem Regelungsziel geregelt, eine Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung und der Ausgangsspannung unter eine vorgegebene Spannungsschwelle von beispielsweise 1 Volt, insbesondere 0,5 Volt, speziell 0,1 Volt, zu verringern.For example, the reference voltage is recorded repeatedly at an input current connection of the DC-DC converter during the predetermined period of time. Furthermore, the output voltage is detected repeatedly, for example at an output current connection of the DC-DC converter, during the predetermined period of time. The DC-DC converter is then regulated during the predetermined period of time, in particular with the control aim of reducing a voltage difference between the reference voltage and the output voltage below a predetermined voltage threshold of, for example, 1 volt, in particular 0.5 volt, especially 0.1 volt.

Beispielsweise wird der Gleichspannungswandler mittels eines Steuersignals, insbesondere eines pulsweitenmodulierten Signals, eines Analogsignals oder eines anderweitigen vergleichbaren Steuersignals beispielsweise von einer SPI-Schnittstelle (auf Englisch „Serial Peripheral Interface“), geregelt. Dabei werden die Signalparameter des Signals, insbesondere der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals oder der Signalpegel des Analogsignals, abhängig von der Spannungsdifferenz angepasst und entsprechend wird das Übersetzungsverhältnis des Gleichspannungswandlers mit dem Signal (mit dem abhängig von der Spannungsdifferenz angepassten Tastgrad) geregelt.For example, the DC-DC converter is controlled by means of a control signal, in particular a pulse-width-modulated signal, an analog signal or another comparable control signal, for example by an SPI interface (in English “Serial Peripheral Interface”). The signal parameters of the signal, in particular the duty cycle of the pulse-width-modulated signal or the signal level of the analog signal, are adjusted depending on the voltage difference and the transmission ratio of the DC / DC converter is regulated accordingly with the signal (with the duty cycle adjusted depending on the voltage difference).

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsvorrichtung zum Stabilisieren der Bordnetzspannung eines Bordnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, während einer Einschaltphase eines Stromverbrauchers im Bordnetz, insbesondere eines Anlassers zum Starten eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, bereitgestellt.According to a further aspect of the invention, a circuit device for stabilizing the vehicle electrical system voltage of an vehicle electrical system, in particular a motor vehicle, is provided during a switch-on phase of a power consumer in the vehicle electrical system, in particular a starter for starting an internal combustion engine of the motor vehicle.

Die Schaltungsvorrichtung umfasst einen Gleichspannungswandler zum Stabilisieren der Bordnetzspannung sowie eine steuerbare Überbrückungsschaltereinheit, insbesondere ein Relais, welches eingerichtet ist, durch Schließen am Ende der Einschaltphase des Stromverbrauchers den Gleichspannungswandler zu überbrücken.The circuit device comprises a DC voltage converter for stabilizing the vehicle electrical system voltage and a controllable bypass switch unit, in particular a relay, which is set up to bridge the DC voltage converter by closing at the end of the switch-on phase of the power consumer.

Die Schaltungsvorrichtung umfasst ferner einen Signalgenerator zum Generieren eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum Steuern des Gleichspannungswandlers.The circuit device further comprises a signal generator for generating a pulse-width-modulated control signal for controlling the DC-DC converter.

Dabei ist der Gleichspannungswandler ferner eingerichtet, für eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit abhängig von dem Tastgrad des pulsweitenmodulierten Steuersignals dessen Übersetzungsverhältnis mit dem Regelungsziel zu regeln, die Bordnetzspannung an eine Referenzspannung anzugleichen.The DC-DC converter is also set up to regulate its transmission ratio with the control target for a predetermined period of time after the bridging switch unit has closed, depending on the duty cycle of the pulse-width-modulated control signal, to match the vehicle electrical system voltage to a reference voltage.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt.According to yet another aspect of the invention, an electrical system, in particular a motor vehicle, is provided.

Das Bordnetz umfasst mindestens einen Stromverbraucher, insbesondere einen Anlasser zum Starten eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, sowie eine zuvor beschriebene Schaltungsvorrichtung, welche mit dem Stromverbraucher elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, die Bordnetzspannung des Bordnetzes während einer Einschaltphase des Stromverbrauchers zu stabilisieren. The vehicle electrical system comprises at least one electricity consumer, in particular a starter for starting an internal combustion engine of the motor vehicle, and a circuit device described above, which is electrically connected to the electricity consumer and is set up to stabilize the vehicle electrical system voltage during a switch-on phase of the electricity consumer.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Verfahrens sind, soweit im Übrigen, auf die oben genannte Schaltungsvorrichtung oder auf das oben genannte Bordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsvorrichtung bzw. des Bordnetzes anzusehen.Advantageous refinements of the method described above, to the extent that they can be transferred to the above-mentioned circuit device or to the above-mentioned vehicle electrical system, can also be regarded as advantageous embodiments of the circuit device or the vehicle electrical system.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 in einer schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer Schaltungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 2 in einem schematischen Signalablaufdiagramm ein Ergebnis eines Verfahrens zur Stabilisierung der Bordnetzspannung des in 1 dargestellten Bordnetzes mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show:
  • 1 a schematic representation of a circuit topology of an electrical system of a motor vehicle with a circuit device according to an embodiment of the invention; and
  • 2nd in a schematic signal flow diagram, a result of a method for stabilizing the vehicle electrical system voltage in 1 shown electrical system with a method according to an embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung:Detailed description of the drawing:

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines Bordnetzes BN eines Kraftfahrzeugs. 1 shows a schematic representation of a circuit topology of an electrical system BN a motor vehicle.

Das Bordnetz BN umfasst einen elektrischen Energiespeicher ES bspw. eine Batterie als eine elektrische Energiequelle zum Bereitstellen von elektrischem Strom.The electrical system BN includes an electrical energy storage IT for example a battery as an electrical energy source for providing electrical current.

Das Bordnetz BN umfasst ferner sensitive Stromverbraucher, wie z.B. eine Lampe L, welche gegenüber Spannungsschwankungen in der Bordnetzspannung Ua des Bordnetzes BN empfindlich reagieren. Das Bordnetz BN umfasst ferner leistungsstarke Stromverbraucher, wie z. B. eine elektrische Maschine EM als Anlasser zum Starten eines Verbrennungsmotors VM des Kraftfahrzeugs, welche während ihres Betriebs zu Spannungsschwankungen in der Bordnetzspannung Ua verursachen.The electrical system BN also includes sensitive power consumers, such as a lamp L which compared to voltage fluctuations in the vehicle electrical system voltage Among other things the electrical system BN react sensitively. The electrical system BN also includes powerful electricity consumers such as B. an electrical machine EM as a starter for starting an internal combustion engine VM of the motor vehicle, which causes voltage fluctuations in the vehicle electrical system voltage during its operation Among other things cause.

Um die Bordnetzspannung Ua während des Betriebs der leistungsstarken Stromverbraucher, sprich der elektrischen Maschine EM, zu stabilisieren und somit die sensitiven Stromverbraucher, sprich der Lampe L, vor den störenden Spannungsschwankungen zu schützen, umfasst das Bordnetz BN ferner einen Gleichspannungswandler GW, welcher zwischen der elektrischen Energiequelle ES und der elektrischen Maschine EM elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, während des Betriebs der elektrischen Maschine EM die Bordnetzspannung Ua zu stabilisieren.To the electrical system voltage Among other things during the operation of the powerful electricity consumers, i.e. the electrical machine EM to stabilize and thus the sensitive electricity consumers, i.e. the lamp L To protect against the disturbing voltage fluctuations includes the vehicle electrical system BN also a DC-DC converter GW which is between the electrical energy source IT and the electrical machine EM is electrically connected and is set up during the operation of the electrical machine EM the vehicle electrical system voltage Among other things to stabilize.

Ist die elektrische Maschine EM ausgeschaltet und somit von dem Bordnetz BN elektrisch getrennt, so bedarf es keiner Spannungsstabilisierung für die Bordnetzspannung Ua. In diesem Fall kann der Gleichspannungswandler GW abgeschaltet werden. Hierzu umfasst das Bordnetz BN eine steuerbare Überbrückungseinheit RL, wie z. B. ein steuerbares Relais oder einen Leistungshalbleiterschalter, welche zwischen der Energiequelle ES und der elektrischen Maschine EM und parallel zu dem Gleichspannungswandler GW elektrisch angeschlossen ist. Die Überbrückungseinheit RL ist und eingerichtet, im Falle, dass die Bordnetzspannung Ua nicht stabilisiert werden muss, den Gleichspannungswandler GW zu überbrücken.Is the electrical machine EM switched off and thus from the vehicle electrical system BN electrically isolated, there is no need for voltage stabilization for the vehicle electrical system voltage Among other things . In this case, the DC-DC converter GW be switched off. The on-board electrical system includes this BN a controllable bridging unit RL , such as B. a controllable relay or a power semiconductor switch between the energy source IT and the electrical machine EM and in parallel with the DC-DC converter GW is electrically connected. The bridging unit RL and is set up in the event that the vehicle electrical system voltage Among other things does not need to be stabilized, the DC-DC converter GW to bridge.

Das Bordnetz BN umfasst ferner einen Signalgenerator SG, welcher signalausgangsseitig mit einem Steuersignaleingang des Gleichspannungswandlers GW signaltechnisch verbunden ist. Der Signalgenerator SG ist eingerichtet, ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal S zu generieren, mit dem der Gleichspannungswandler GW bzw. das Übersetzungsverhältnis des Gleichspannungswandlers GW geregelt wird.The electrical system BN further includes a signal generator SG , which signal output side with a control signal input of the DC-DC converter GW is connected by signal technology. The signal generator SG is set up, a pulse width modulated control signal S generate with which the DC-DC converter GW or the ratio of the DC-DC converter GW is regulated.

Das Bordnetz BN umfasst ferner eine Steueranordnung SA, welche signalausgangsseitig über jeweils einen Signalausgang mit einem Signaleingang des Signalgenerators SG bzw. mit einem Steuersignaleingang der Überbrückungseinheit RL signaltechnisch verbunden ist. Die Steueranordnung SA ist eingerichtet, den Signalgenerator SG und die Überbrückungseinheit RL zu steuern.The electrical system BN further comprises a control arrangement SAT which signal output side via a signal output with a signal input of the signal generator SG or with a control signal input of the bridging unit RL is connected by signal technology. The tax arrangement SAT is set up the signal generator SG and the bypass unit RL to control.

Das Bordnetz BN umfasst ferner eine Messanordnung MA, welche signalausgangsseitig mit einem Signaleingang der Steueranordnung SA signaltechnisch verbunden ist. Die Messanordnung MA ist eingerichtet, eine Eingangsspannung Ue an einem Eingangsstromanschluss EA des Gleichspannungswandlers GW und eine Ausgangsspannung Ua an einem Ausgangsstromanschluss AA des Gleichspannungswandlers GW zu messen.The electrical system BN also includes a measuring arrangement MA which signal output side with a signal input of the control arrangement SAT is connected by signal technology. The measurement arrangement MA is set up an input voltage Ue on an input power connector EA of the DC converter GW and an output voltage Among other things on an output power connector AA of the DC converter GW to eat.

Nachdem die Schaltungstopologie des Bordnetzes BN anhand 1 detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend die Funktionsweise des Bordnetzes BN, insbesondere des Gleichspannungswandlers GW, anhand 2 näher beschrieben:

  • In Zeiträumen Ta, in denen keiner der leistungsstarken Stromverbraucher wie die elektrische Maschine EM im Bordnetz BN eingeschaltet ist, bedarf es keiner Spannungsstabilisierung der Bordnetzspannung. In diesen Zeiträumen Ta wird die Überbrückungseinheit RL von der Steueranordnung SA gesteuert geschlossen. Dadurch wird der Gleichspannungswandler GW überbrückt und zugleich von der Steueranordnung SA gesteuert abgeschaltet.
After the circuit topology of the vehicle electrical system BN based 1 The functioning of the vehicle electrical system is described in detail below BN , especially the DC-DC converter GW , based 2nd described in more detail:
  • In periods Ta where none of the powerful electricity consumers like the electrical machine EM in the electrical system BN is switched on, no voltage stabilization of the vehicle electrical system voltage is required. In those periods Ta becomes the bridging unit RL from the control arrangement SAT controlled closed. This will make the DC converter GW bridged and at the same time by the control arrangement SAT controlled switched off.

Wird einer der leistungsstarken Stromverbraucher wie die elektrische Maschine EM zum Starten des Verbrennungsmotors VM für einen Zeitraum Te bzw. für eine Einschaltdauer ins Bordnetz BN eingeschaltet, so besteht die Gefahr, dass sich Spannungsschwankungen in der Bordnetzspannung bilden, was zu Funktionsstörungen bei den sensitiven Stromverbrauchern wie der Lampe L führen können.Become one of the most powerful electricity consumers like the electrical machine EM to start the internal combustion engine VM for a period of time Te or for a duty cycle in the vehicle electrical system BN switched on, there is a risk that voltage fluctuations will develop in the vehicle electrical system voltage, which will lead to malfunctions in sensitive power consumers such as the lamp L being able to lead.

Um diesem entgegenzuwirken, wird die Bordnetzspannung Ua während der Einschaltphase Te der elektrischen Maschine EM mittels des Gleichspannungswandlers GW stabilisiert.To counteract this, the vehicle electrical system voltage Among other things during the switch-on phase Te of the electrical machine EM by means of the DC converter GW stabilized.

Hierzu sendet die Steueranordnung SA ein Steuersignal an den nachgeschalteten Signalgenerator SG, der daraufhin ein pulsweitenmoduliertes Signal S generiert, mit dem der Gleichspannungswandler GW betrieben wird. Von dem pulsweitenmodulierten Signal S angetrieben, wandelt der Gleichspannungswandler GW die am Eingangsstromanschluss EA anliegende Eingangsspannung Ue, welche der Ausgangsspannung des Energiespeichers ES entspricht, basierend auf einem Übersetzungsverhältnis und in einer dem Fachmann bekannten Weise in die Ausgangsspannung Ua um, welche die Bordnetzspannung bildet. Dabei wird das Übersetzungsverhältnis des Gleichspannungswandlers GW anhand des Tastgrades des pulsweitenmodulierten Signals S bestimmt. Der Tastgrad wird wiederum von dem Signalgenerator SG basierend auf Messergebnissen der Bordnetzspannung angepasst, welche von der Messanordnung MA vor und währen der Einschaltphase Te der elektrischen Maschine EM am Bordnetz BN erfasst werden.For this purpose, the control arrangement sends SAT a control signal to the downstream signal generator SG which then sends a pulse width modulated signal S generated with which the DC-DC converter GW is operated. From the pulse width modulated signal S driven, the DC-DC converter converts GW the one at the input power connector EA applied input voltage Ue which is the output voltage of the energy storage IT corresponds to the output voltage based on a transmission ratio and in a manner known to the person skilled in the art Among other things um, which forms the vehicle electrical system voltage. The ratio of the DC-DC converter GW based on the duty cycle of the pulse width modulated signal S certainly. The duty cycle is in turn determined by the signal generator SG adjusted based on the measurement results of the vehicle electrical system voltage, which of the measurement arrangement MA before and during the switch-on phase Te of the electrical machine EM on the electrical system BN be recorded.

Zeitgleich wird die Überbrückungseinheit RL von der Steueranordnung SA gesteuert geöffnet, so dass der Gleichspannungswandler GW nicht überbrückt wird.At the same time, the bridging unit RL from the control arrangement SAT controlled opened so that the DC converter GW is not bridged.

Wird die elektrische Maschine EM nach dem Starten des Verbrennungsmotors VM bzw. nach der Einschaltphase Te wieder ausgeschaltet, so wird die Überbrückungseinheit RL von der Steueranordnung SA angesteuert geschlossen, so dass der Gleichspannungswandler GW wieder überbrückt wird.Will the electrical machine EM after starting the internal combustion engine VM or switched off again after the switch-on phase Te, then the bridging unit RL from the control arrangement SAT driven closed so that the DC-DC converter GW is bridged again.

Aufgrund der gegebenenfalls weiterhin vorhandenen Spannungsunterschiede zwischen der Eingangsspannung Ue und der Ausgangsspannung Ua, welche aufgrund der Parallelschaltung der Überbrückungseinheit RL zu dem Gleichspannungswandler GW an den beiden Anschlüssen der Überbrückungseinheit RL anliegen, entsteht beim Öffnen bzw. beim Schließen der Überbrückungseinheit RL in einer kurzen Zeit ein (starker) ruckartiger Stromfluss aufgrund der Spannungsunterschiede während des Schaltvorganges der Überbrückungseinheit RL, welcher zu Funktionsstörungen bei den sensitiven Stromverbrauchern, wie z. B. Flackern der Lampe L, führen können.Due to the voltage differences that may still exist between the input voltage Ue and the output voltage Among other things which due to the parallel connection of the bridging unit RL to the DC converter GW on the two connections of the bridging unit RL are created when opening or closing the bridging unit RL in a short time a (strong) jerky current flow due to the voltage differences during the switching process of the bridging unit RL , which leads to malfunctions in sensitive power consumers, such as. B. Flickering lamp L , being able to lead.

Um diesen Ereignissen entgegenzuwirken, wird der Gleichspannungswandler GW am Anfang und am Ende der Einschaltphase Te der elektrischen Maschine EM für jeweils eine vorgegebene Zeitdauer Td_ein, Td_aus von bspw. 10 Millisekunden vor dem Schließen bzw. vor dem Öffnen der Überbrückungseinheit RL mit dem Regelungsziel geregelt, die Ausgangsspannung Ua bzw. die Bordnetzspannung an die Eingangsspannung Ue bzw. die Ausgangsspannung des Energiespeichers ES anzugleichen.To counteract these events, the DC-DC converter GW at the beginning and at the end of the switch-on phase Te of the electrical machine EM for a given period of time Td_ein , Td_aus of, for example, 10 milliseconds before the bridging unit is closed or before it is opened RL regulated with the control objective, the output voltage Among other things or the vehicle electrical system voltage to the input voltage Ue or the output voltage of the energy store IT align.

Während der vorgegebenen Zeitdauer Td_ein, Td_aus werden die Ausgangsspannung Ua und die Eingangsspannung Ue von der Messanordnung MA wiederholt insbesondere durchgehend erfasst und aus den zu jeweiligen gleichen Messzeitpunkten erfassten Messwerten der Ausgangsspannung Ua und der Eingangsspannung Ue Spannungsdifferenzen ausgebildet.During the specified period Td_ein , Td_aus become the output voltage Among other things and the input voltage Ue from the measurement setup MA repeated in particular continuously and from the measured values of the output voltage recorded at the same measurement times in each case Among other things and the input voltage Ue Voltage differences are formed.

Der Gleichspannungswandler GW bzw. dessen Übersetzungsverhältnis wird dann basierend auf diesen Spannungsdifferenzen mit dem Regelungsziel geregelt, diese Spannungsdifferenzen unter eine vorgegebene Spannungsschwelle von bspw. 0,1 Volt zu verringern.The DC-DC converter GW or its transmission ratio is then regulated on the basis of these voltage differences with the control objective of reducing these voltage differences below a predetermined voltage threshold of, for example, 0.1 volts.

Dadurch wird die Ausgangsspannung Ua bzw. die Bordnetzspannung nach dem Schließen der Überbrückungseinheit RL über die vorgegebene Zeitdauer Td_ein, Td_aus langsam auf die Eingangsspannung Ue bzw. die Ausgangsspannung des Energiespeichers ES angeglichen bzw. angepasst. Folglich wird der ruckartige Stromfluss in dem Bordnetz beim Schließen der Überbrückungseinheit RL im Anschluss einer Einschaltphase Te der elektrischen Maschine EM bzw. eines leistungsstarken Stromverbrauchers vermieden.This will make the output voltage Among other things or the vehicle electrical system voltage after closing the bridging unit RL over the specified period of time Td_ein , Td_aus slowly to the input voltage Ue or the output voltage of the energy store IT adjusted or adjusted. As a result, the jerky current flow in the vehicle electrical system when the bridging unit is closed RL following a switch-on phase Te of the electrical machine EM or a powerful electricity consumer avoided.

Claims (9)

Verfahren zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung (Ua) eines Bordnetzes (BN) während einer Einschaltphase (Te) eines Stromverbrauchers (EM) im Bordnetz (BN) mittels eines Gleichspannungswandlers (GW), - wobei der Gleichspannungswandler (GW) am Ende der Einschaltphase (Te) des Stromverbrauchers (EM) durch Schließen einer steuerbaren Überbrückungsschaltereinheit (RL) überbrückt wird; dadurch gekennzeichnet, dass - der Gleichspannungswandler (GW) für eine vorgegebene Zeitdauer (Td_ein, Td_aus) unmittelbar nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit (RL) mit dem Regelungsziel geregelt wird, die Bordnetzspannung (Ua) an eine Referenzspannung (Ue) anzugleichen.Method for stabilizing an electrical system voltage (Ua) of an electrical system (BN) during a switch-on phase (Te) of a power consumer (EM) in the vehicle electrical system (BN) by means of a DC voltage converter (GW), - the DC voltage converter (GW) being bridged at the end of the switch-on phase (Te) of the power consumer (EM) by closing a controllable bypass switch unit (RL); characterized in that - the DC-DC converter (GW) is regulated for a predetermined period of time (Td_ein, Td_aus) immediately after the bridging switch unit (RL) is closed with the aim of regulating the vehicle electrical system voltage (Ua) to a reference voltage (Ue). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bordnetzspannung (Ua) eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (GW) ist.Procedure according to Claim 1 , wherein the vehicle electrical system voltage (Ua) is an output voltage of the DC converter (GW). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzspannung (Ue) eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers (GW) ist.Procedure according to Claim 1 or 2nd , wherein the reference voltage (Ue) is an input voltage of the DC-DC converter (GW). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzspannung (Ue) eine Ausgangsspannung einer elektrischen Energiequelle (ES) im Bordnetz (BN) zum Bereitstellen von Strom für den Stromverbraucher (EM) ist, mit der der Gleichspannungswandler (GW) spannungseingangsseitig elektrisch verbunden wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the reference voltage (Ue) is an output voltage of an electrical energy source (ES) in the vehicle electrical system (BN) for providing current to the power consumer (EM), to which the DC voltage converter (GW) is electrically connected on the voltage input side. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Zeitdauer (Td_ein, Td_aus) bis zu 100 Millisekunden, insbesondere bis zu 50 Millisekunden, speziell bis zu 10 Millisekunden beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined time period (Td_ein, Td_aus) is up to 100 milliseconds, in particular up to 50 milliseconds, especially up to 10 milliseconds. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten: - wiederholtes Erfassen der Referenzspannung (Ue) an einem Eingangsstromanschluss (EA) des Gleichspannungswandlers (GW) während der vorgegebenen Zeitdauer (Td_ein, Td_aus); - wiederholtes Erfassen der Bordnetzspannung (Ua) an einem Ausgangsstromanschluss (EA) des Gleichspannungswandlers (GW) während der vorgegebenen Zeitdauer (Td_ein, Td_aus); - Regeln des Gleichspannungswandlers (GW) mit dem Regelungsziel, eine Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung (Ue) und der Bordnetzspannung (Ua) unter eine vorgegebene Spannungsschwelle zu verringern.Method according to one of the preceding claims, further comprising the following steps: - Repeated detection of the reference voltage (Ue) at an input current connection (EA) of the DC-DC converter (GW) during the predetermined period (Td_ein, Td_aus); - Repeated detection of the on-board electrical system voltage (Ua) at an output current connection (EA) of the direct voltage converter (GW) during the predetermined time period (Td_ein, Td_aus); - Regulating the DC-DC converter (GW) with the aim of reducing a voltage difference between the reference voltage (Ue) and the vehicle electrical system voltage (Ua) below a predefined voltage threshold. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bordnetzspannung (Ua) mittels eines Steuersignals (S), insbesondere eines pulsweitenmodulierten Signales, geregelt wird, wobei die Signalparameter, insbesondere der Tastgrad, des Signals (S) abhängig von der Spannungsdifferenz geändert werden, und mit dem Signal (S) der Übersetzungsverhältnis des Gleichspannungswandlers (GW) geregelt wird.Procedure according to Claim 6 , The vehicle electrical system voltage (Ua) being regulated by means of a control signal (S), in particular a pulse-width-modulated signal, the signal parameters, in particular the duty cycle, of the signal (S) being changed as a function of the voltage difference, and with the signal (S) Gear ratio of the DC converter (GW) is regulated. Schaltungsvorrichtung (SV) zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung (Ua) eines Bordnetzes (BN) eines Kraftfahrzeugs während einer Einschaltphase (Te) eines Stromverbrauchers (EM) im Bordnetz (BN), umfassend: - einen Gleichspannungswandler (GW) zum Stabilisieren der Bordnetzspannung (Ua); - eine steuerbare Überbrückungsschaltereinheit (RL), insbesondere ein Relais, welche eingerichtet ist, durch Schließen am Ende der Einschaltphase (Te) des Stromverbrauchers (EM) den Gleichspannungswandler (GW) zu überbrücken; - einen Signalgenerator (SG) zum Generieren eines Steuersignals (S), insbesondere eines pulsweitenmodulierten Signales, zum Steuern des Gleichspannungswandlers (GW); dadurch gekennzeichnet, dass - der Gleichspannungswandler (GW) ferner eingerichtet ist, abhängig von den Signalparametern, insbesondere dem Tastgrad, des Steuersignals (S) für eine vorgegebene Zeitdauer (Td_ein, Td_aus) unmittelbar nach dem Schließen der Überbrückungsschaltereinheit (RL) mit dem Regelungsziel zu regeln, die Bordnetzspannung (Ua) an eine Referenzspannung (Ue) anzugleichen.Circuit device (SV) for stabilizing an electrical system voltage (Ua) of an electrical system (BN) of a motor vehicle during a switch-on phase (Te) of a power consumer (EM) in the electrical system (BN), comprising: - a DC voltage converter (GW) for stabilizing the electrical system voltage (Ua) ; - A controllable bypass switch unit (RL), in particular a relay, which is set up to bypass the DC / DC converter (GW) by closing at the end of the switch-on phase (Te) of the power consumer (EM); - A signal generator (SG) for generating a control signal (S), in particular a pulse width modulated signal, for controlling the DC-DC converter (GW); characterized in that - the DC-DC converter (GW) is also set up, depending on the signal parameters, in particular the duty cycle, of the control signal (S) for a predetermined period of time (Td_ein, Td_aus) immediately after the bridging switch unit (RL) closes with the control target regulate to adjust the vehicle electrical system voltage (Ua) to a reference voltage (Ue). Bordnetz (BN), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend: - einen Stromverbraucher (EM), insbesondere einen Anlasser zum Starten eines Verbrennungsmotors (VM) des Kraftfahrzeugs; - eine Schaltungsvorrichtung (SV) nach Anspruch 8, welche mit dem Stromverbraucher (EM) elektrisch verbunden ist und eingerichtet zum Stabilisieren einer Bordnetzspannung (Ua) des Bordnetzes (BN) während einer Einschaltphase (Te) des Stromverbrauchers (EM).Vehicle electrical system (BN), in particular of a motor vehicle, comprising: - a power consumer (EM), in particular a starter for starting an internal combustion engine (VM) of the motor vehicle; - A circuit device (SV) after Claim 8 , which is electrically connected to the electricity consumer (EM) and set up to stabilize an on-board electrical system voltage (Ua) of the on-board electrical system (BN) during a switch-on phase (Te) of the electricity consumer (EM).
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