DE102018201546A1 - Device for securing at least one consumer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung zumindest eines Verbrauchers in einem Bordnetz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest ein Schaltmittel (32) zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers (22,26, 28,46) mit elektrischer Energie, zumindest einen Controller (30) zur Ansteuerung des Schaltmittels (32), zumindest Erfassungsmittel zur Erfassung von Kenngrößen, insbesondere Strom und/oder Spannung, wobei der Controller (30) in Abhängigkeit von der Kenngröße das Schaltmittel (32) ansteuert, wobei zumindest ein Überspannungsschutz (39) vorgesehen ist.The invention relates to a device for securing at least one load in a vehicle electrical system, in particular a motor vehicle, comprising at least one switching means (32) for supplying at least one load (22, 26, 28, 46) with electrical energy, at least one controller (30) Control of the switching means (32), at least detecting means for detecting characteristics, in particular current and / or voltage, the controller (30) depending on the characteristic the switching means (32) controls, wherein at least one overvoltage protection (39) is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung zumindest eines Verbrauchers nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a device for securing at least one consumer according to the preamble of the independent claim.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Der als Schutzelement dienende Mosfet-Schutzschalter nutzt zum Schutz des Spannungsversorgungseingangs den im umgekehrten Betriebsmodus arbeitenden Mosfet mit interner Inversdiode, der mit seiner Drain-Source-Strecke entsprechend in umgekehrter Richtung zwischen den zu schützenden Versorgungsspannungseingang bzw. die zu schützende Eingangsleitung relativ geringen Spannungsniveaus des Lastreglers oder Steuergeräts und dessen interne, zum Beispiel eine gemeinsame relativ geringere Spannung für mehrere elektrische bzw. elektronische Komponenten liefernde Spannungsversorgungsschiene geschaltet ist. Im Normalbetrieb muss dieser zusätzliche Schalter den vollen Betriebsstrom tragen, ohne eine Funktion im Normalbetrieb zu besitzen.From the
Serving as a protective element MOSFET circuit breaker uses to protect the power supply input operating in reverse mode Mosfet with internal inverse diode, with its drain-source path in the reverse direction between the protected supply voltage input or to be protected input line relatively low voltage levels of the load regulator or control device and its internal, for example, a common relatively lower voltage for a plurality of electrical or electronic components supplying voltage supply rail is connected. In normal operation, this additional switch must carry the full operating current without having a function in normal operation.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung insbesondere gegen Überspannungen weiter zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.It is an object of the present invention to further simplify a protection circuit, in particular against overvoltages. This object is solved by the features of the independent claim.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Vorsehen eines Überspannungsschutzes im elektronischen Energieverteiler hat demgegenüber den Vorteil, dass zum einen das im elektronischen Energieverteiler vorgesehene Schaltmittel vor Überspannungen zuverlässig geschützt wird, ohne dass an dieses eine besondere Sperrfähigkeit bei Halbleiterschaltern zu stellen wäre. Die geeignete Anordnung des Überspannungsschutzes insbesondere am Ausgang des Verbrauchers dient der einfachen Aufnahme der Energie, ohne dass besonders aufwendige Bauelemente vorzusehen wären. Durch den vorgeschlagenen Überspannungsschutz wird es möglich, Überspannungen von kritischen Bordnetzpfaden zu isolieren bzw. solche Überspannungen abzuleiten. Dies ist gerade für sicherheitskritische Verbraucher, die im Zusammenhang mit automatischen Fahrfunktionen beispielsweise zur Durchführung eines Nothalts oder Ähnlichem benötigt werden, von besonderer Bedeutung, um die Verfügbarkeit dieser Funktionen weiter zu erhöhen. Zudem nehmen gerade im Zusammenhang mit der zunehmenden Elektrifizierung von Nebenaggregaten und mechatronischen Systemen rekuperativen Lasten zu, sodass vermehrt Überspannungen auftreten können. Weiterhin kann durch das vorgeschlagene Konzept auf der anderen Seite eine elektronische Sicherungsfunktion weiterhin gewährleistet bleiben, die Verbraucher und entsprechende Zuleitungen sicher vor kritischen Betriebssituationen schützt, wie dies durch eine schnelle Abschaltung mit Halbleiterschaltern als mögliche Schaltmittel erreicht werden kann.The provision of overvoltage protection in the electronic power distributor has the advantage that, on the one hand, the switching means provided in the electronic power distributor are reliably protected against overvoltages without the need for a special blocking capability in the case of semiconductor switches. The suitable arrangement of the overvoltage protection, in particular at the output of the consumer, is used to easily absorb the energy without the need to provide particularly complex components. The proposed overvoltage protection makes it possible to isolate overvoltages from critical vehicle electrical system paths or to derive such overvoltages. This is particularly important for safety-critical consumers who are needed in connection with automatic driving functions, for example, to carry out an emergency stop or the like, in order to further increase the availability of these functions. In addition, especially in connection with the increasing electrification of ancillary components and mechatronic systems, recuperative loads are increasing, so that more overvoltages can occur. Furthermore, the proposed concept on the other hand, an electronic security function remain guaranteed, the consumer and corresponding leads safely protects against critical operating situations, as can be achieved by rapid shutdown with semiconductor switches as a possible switching means.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Überspannungsschutz so angeordnet, dass er vom Verbraucher hervorgerufene Überspannungen vom Schaltmittel fernhält. Besonders bevorzugt ist hierzu der Überspannungsschutz zwischen dem Ausgang und einem Bezugspotenzial, insbesondere Masse geschaltet. Besonders bevorzugt weist der Überspannungsschutz zumindest einen Ableitpfad auf, der einen über den Ausgang rückfließenden Strom vor Erreichen des Schaltmittels insbesondere gegen Masse ableitet. Dadurch wird insbesondere ein Stromfluss über eine Inversdiode des als Halbleiterschalter ausgeführten Schaltmittels verhindert, indem das weitere Schaltmittel des Überspannungsschutzes geschlossen wird. Die Rekuperationsenergie kann sich dabei auf die ohmschen Verluste in der Quelle, den Leitungswiderstand im Kabelbaum und dem Widerstand im weiteren Schaltmittel verteilen. Durch den üblicherweise hohen Kupferwiderstand im Verbraucher wird ein Großteil der Verlustleistung bereits im Verbraucher umgesetzt. Dadurch muss nur ein kleiner Teil der Energie vom weiteren Schaltmittel getragen werden, weshalb sich diese Anordnung besonders eignet.In an expedient development of the overvoltage protection is arranged so that it keeps away from the consumer caused overvoltages from the switching means. For this purpose, the overvoltage protection is particularly preferably connected between the output and a reference potential, in particular ground. Particularly preferably, the overvoltage protection has at least one discharge path which, in particular, diverts a current flowing back through the output before reaching the switching means to ground. As a result, in particular, a current flow via an inverse diode of the switching means designed as a semiconductor switch is prevented by the further switching means of the overvoltage protection being closed. The recuperation energy can be distributed over the ohmic losses in the source, the line resistance in the wiring harness and the resistance in the other switching means. Due to the usually high copper resistance in the consumer, a large part of the power loss is already implemented in the consumer. As a result, only a small part of the energy must be carried by the further switching means, which is why this arrangement is particularly suitable.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst der Überspannungsschutz zumindest einen Überspannungsableiter und/oder ein Überspannungselement, das vorzugsweise in Reihe mit dem weiteren Schaltmittel geschaltet ist. Dadurch können besonders hohe Energien absorbiert werden, was unter Umständen mit Halbleiterschaltern allein nicht möglich wäre. Besonders zweckmäßig ist das Überspannungselement als resistives Element bzw. ohmscher Widerstand, vorzugsweise meanderförmig ausgebildet. Dadurch kann eine hohe Energiemenge im Schaltungsaufbau eingespeichert bzw. abgebaut werden. Außerdem könnte durch einen zusätzlichen Kanal ein Strom für Diagnosezwecke des Bordnetzes als Last eingeprägt werden.In an expedient development of the overvoltage protection comprises at least one surge arrester and / or an overvoltage element, which is preferably connected in series with the further switching means. As a result, particularly high energies can be absorbed, which might not be possible with semiconductor switches alone. Particularly expedient, the overvoltage element is designed as a resistive element or resistive resistor, preferably meander-shaped. As a result, a large amount of energy in the circuit structure can be stored or reduced. In addition, an additional channel could be used to load a current for diagnostic purposes of the vehicle electrical system as a load.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist als Überspannungsableiter zumindest ein Kondensator und/oder zumindest eine Diode, vorzugsweise eine Supressor-Diode und/oder zumindest ein Varistor und/oder zumindest eine Gasentladungsstrecke vorgesehen. Damit können hohe Energien bzw. Leistungen absorbiert werden unter Verwendung einfacher Bauteile.In an expedient development, at least one capacitor and / or at least one diode, preferably a suppressor diode and / or at least one varistor and / or at least one gas discharge path is provided as the surge arrester. This high energy or performance can be absorbed using simple components.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Überspannungsableiter in Reihe geschaltet mit zumindest einem weiteren Schaltmittel und parallel hierzu zumindest ein drittes Schaltmittel. Damit lassen sich entsprechende Elemente nur bei Bedarf zuschalten, wodurch negative Einflüsse durch beispielsweise grobe Toleranzen oder hohe Querströme verringert werden können.In an expedient development of the surge arrester is connected in series with at least one other switching means and in parallel this at least a third switching means. This allows corresponding elements only switch on when needed, which negative influences can be reduced by, for example, rough tolerances or high cross currents.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung aktiviert der Controller das weitere Schaltmittel und/oder das dritte Schaltmittel zeitlich gestaffelt und/oder getaktet. Damit kann dem angeschlossenen Verbraucher noch hinreichend Zeit gegeben werden, sich auf die Abschaltung vorzubereiten.In an expedient development, the controller activates the further switching means and / or the third switching means in a staggered and / or timed manner. Thus, the connected consumer still sufficient time can be given to prepare for the shutdown.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Kondensator mit einem Eingang des elektronischen Energieverteilers verbunden und/oder mit einem Masseausgang verbunden. Dadurch kann der Schutz gegen Überspannungen, wie sie beispielsweise durch Induktivitätsbelägen in Leitungen hervorgerufen werden könnten, verbessert werden. Über diesen Pfad kann ein Bypass geschaffen werden, Überspannungen zu reduzieren.In an expedient development, at least one capacitor is connected to an input of the electronic power distributor and / or connected to a mass output. As a result, the protection against overvoltages, such as might be caused by Induktivitätsbelägen in lines can be improved. A bypass can be created via this path to reduce overvoltages.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistelist of figures
Es zeigenShow it
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1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes mit integrierter Sicherungsvorrichtung,1 a schematic representation of a vehicle electrical system with integrated safety device, -
2 eine detailliertere Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sicherungsvorrichtung mit schaltbarem Ableitpfad am Ausgang zur Last,2 a more detailed view of a first embodiment of a safety device with switchable Ableitpfad at the output to the load, -
3 eine schematische Darstellung eines Mehrspannungsbordnetz mit zwei integrierten Sicherungsvorrichtungen,3 a schematic representation of a multi-voltage vehicle electrical system with two integrated safety devices, -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungsvorrichtung mit zusätzlichem Überspannungsableiter,4 Another embodiment of a safety device with additional surge arrester, -
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungsvorrichtung, welches gegenüber demjenigen der4 um ein weiteres Schaltmittel erweitert ist,5 a further embodiment of a securing device, which compared to that of4 is extended by another switching means, -
6 eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sicherungsvorrichtung, die besonders bei gefordertem Verpolschutz geeignet ist,6 a circuit of a further embodiment of a safety device, which is particularly suitable for reverse polarity protection required, -
7 eine schematische Darstellung eines Überspannungs-Ableitelements, welches meanderförmig als resistiver Verbraucher ausgebildet ist, sowie7 a schematic representation of an overvoltage diverting element, which is meander-shaped designed as a resistive consumer, as well as -
8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Betriebsweise der Sicherungsvorrichtung bei einem Überspannungsrisiko durch von Leitungen herrührenden Induktivitätsbelegen.8th a schematic representation to illustrate the operation of the safety device in a surge risk by originating from cables Induktivitätsbelegen.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In einem Bordnetz
Hierzu sind im Controller
Zur Verdeutlichung der Zusatzfunktion des elektronischen Energieverteilers
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Zum Schutze insbesondere gegen Überspannungen ist als Teil des Überspannungsschutzes
Gemäß
Aus Kostengründen werden in Teilen des weiteren Teilbordnetzes
Bei dem in
Wird ein rückwärtiger Stromfluss oberhalb eines Grenzwerts aus dem Verbraucher
Unter Umständen müssen sehr hohe Energien bzw. Leistungen absorbiert werden. Dies kann mit als Halbleiter ausgeführten Schaltmittel
Gemäß
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Das Überspannungselement bzw. Überspannung-Ableitelement
Der Ableitpfad
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Zusätzlich zu den beschriebenen Szenarien, bei denen eine Überspannung im Rekuperationsbetrieb eines Verbrauchers
Die vorgestellte Vorrichtung ist insbesondere bei Fahrzeugen geeignet, in denen das Bordnetz
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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