DE102020109948A1 - Motor vehicle electrical system and electronic fuse for a motor vehicle electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit elektrischen Stromquellen (1) und elektrischen Verbrauchern (3), wobei die Stromquellen (1) und die Verbraucher (3) über wenigstens je eine Überstromschutzeinrichtung (6) mit anderen Komponenten des Kraftfahrzeugbordnetzes verbunden sind, wobei die Überstromschutzeinrichtung eine elektronische Sicherung (6) ist.The invention relates to a motor vehicle on-board network with electrical power sources (1) and electrical consumers (3), the power sources (1) and the consumers (3) being connected to other components of the motor vehicle on-board network via at least one overcurrent protection device (6) each electronic fuse (6) is.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz mit elektrischen Stromquellen und elektrischen Verbrauchern, wobei die Stromquellen und die Verbraucher über wenigstens je eine Überstromschutzeinrichtung mit anderen Komponenten des Kraftfahrzeugbordnetzes verbunden sind.The invention relates to a motor vehicle on-board network with electrical power sources and electrical consumers, the power sources and the consumers being connected to other components of the motor vehicle on-board network via at least one overcurrent protection device each.
Überstromschutzeinrichtungen schützen Stromkreise vor unzulässig hohen Stromstärken. Diese Überströme können durch Überlastung, Kurzschlüsse, zu großer Stromaufnahme von diversen Verbrauchern oder anderen Fehlern hervorgerufen werden. In Kraftfahrzeugbordnetzen sind als Überstromschutzeinrichtungen Schmelzsicherungen in Sicherungskästen vorgesehen, bei denen bei einem Überstrom der integrierte Metallstreifen schmilzt und somit den Stromfluss im Verbrauchskreis unterbricht. Die meist verbaute Art der Sicherung ist die Flachsteck-Sicherung. Nach dem Schmelzen einer Schmelzsicherung muss die Sicherung, deren Metallstreifen geschmolzen ist, durch eine Sicherung mit der richtigen Bemessungsstromstärke ersetzt werden. Die Schmelzsicherung ist daher nicht wartungsfrei und unterliegt einem mechanischen Verschleiß. Wiederholt sich der Fehler, müssen die Sicherungen immer wieder ersetzt werden, was eine Erhöhung der Kosten, des Aufwandes, als auch der Materialien bedeutet.Overcurrent protection devices protect circuits from impermissibly high currents. These overcurrents can be caused by overload, short circuits, excessive power consumption by various consumers or other errors. In vehicle electrical systems, fuses are provided in fuse boxes as overcurrent protection devices, in which the integrated metal strip melts in the event of an overcurrent and thus interrupts the flow of current in the consumer circuit. The most common type of fuse is the blade fuse. After a fuse has melted, the fuse whose metal strip has melted must be replaced by a fuse with the correct rated current. The fuse is therefore not maintenance-free and is subject to mechanical wear. If the error recurs, the fuses must be replaced again and again, which means an increase in costs, effort and materials.
Des Weiteren unterliegen die verwendeten Sicherungen einer Alterung und müssen vor Verschmutzung und Korrosion geschützt werden. Somit kann aufgrund der Alterung ebenfalls ein Austausch der Sicherung nötig werden.Furthermore, the fuses used are subject to aging and must be protected from contamination and corrosion. As a result of the aging process, it may also be necessary to replace the fuse.
Außerdem können einzelne Stromkreise nicht gezielt in einem sicherheitskritischen Moment schnell abgeschaltet werden, da dazu die Sicherung von Hand aus dem Sicherungskasten gezogen werden müsste.In addition, individual circuits cannot be switched off quickly in a targeted manner at a safety-critical moment, since the fuse would have to be pulled out of the fuse box by hand.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention begins.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeugbordnetz so zu verbessern, dass die Überstromsicherungen effektiver genutzt werden können.The present invention is based on the problem of improving a motor vehicle electrical system in such a way that the overcurrent fuses can be used more effectively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Überstromschutzeinrichtung eine elektronische Sicherung ist.This object is achieved according to the invention in that the overcurrent protection device is an electronic fuse.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments of the invention are each the subject matter of the dependent claims.
Die mechanischen Schmelzsicherungen werden also erfindungsgemäß durch elektronische Sicherungen ersetzt. Dadurch kann der Wartungsaufwand reduziert werden, da durch die elektronische Sicherung ein Austausch der mechanischen Sicherung entfällt. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein kurzer Überstrom nicht zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung führt, der nur durch einen Austausch der Überstromschutzeinrichtung beseitigt werden kann. Eine Eigenschaft der elektronischen Sicherungen ist, dass diese nach Wegfall des Überstroms wieder eingeschaltet werden können. Zum anderen können die einzeln abgesicherten und womöglich sicherheitskritischen Komponenten gezielt abgeschaltet werden, beispielsweise im Falle eines Unfalls. Im Falle eines Unfalls ist es womöglich sinnvoll, eine Sitzheizung abzuschalten, um die Gefahr einer Entstehung eines Brands bei einem weiteren Betrieb der Sitzheizung zu reduzieren, der womöglich entstehen könnte, wenn aufgrund des Unfalls eine leicht entflammbare Flüssigkeit in Kontakt mit einer von der Sitzheizung erhitzten Fläche oder in Kontakt mit der Sitzheizung selbst kommen kann.The mechanical fuses are therefore replaced by electronic fuses according to the invention. This allows the maintenance effort to be reduced, since the electronic fuse means that the mechanical fuse does not need to be exchanged. Another advantage is that a short overcurrent does not trigger the overcurrent protection device, which can only be eliminated by replacing the overcurrent protection device. One property of the electronic fuses is that they can be switched on again after the overcurrent has ceased. On the other hand, the individually protected and possibly safety-critical components can be switched off in a targeted manner, for example in the event of an accident. In the event of an accident, it may make sense to switch off the seat heating in order to reduce the risk of a fire if the seat heating continues to be used, which could possibly arise if, as a result of the accident, a highly flammable liquid comes into contact with one of the heated seats Surface or come into contact with the seat heating itself.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass einige der elektronischen Sicherungen oder alle elektronische Sicherungen integrierte Schaltkreise sind.According to the invention it is possible for some of the electronic fuses or all of the electronic fuses to be integrated circuits.
Der im Folgenden verwendete Terminus „zumindest einige“ kann als „zumindest eine“, als „zumindest ein Teil“ oder als „mehrere“ sowie als „einige oder alle“ verstanden werden.The term “at least some” used in the following can be understood as “at least one”, “at least a part” or “several” as well as “some or all”.
Zumindest einige der elektronischen Sicherungen können eine Schnittstelle haben, an der ein Statussignal bereitstellbar ist, das den Status der Sicherung darstellt. Über diese Schnittstelle kann der Status der elektronischen Sicherung abgefragt werden. Der Status kann dann zum Beispiel in einem Verarbeitungsmittel zur Behandlung von Fehlern analysiert werden. Es ist auch möglich, den Status mittels eines Anzeigemittels anzuzeigen. Eine elektronische Sicherung kann auch Mittel zur Analyse von Fehlern aufweisen, mit denen ein den Überstrom hervorrufender Fehler analysiert und an der Schnittstelle angezeigt werden kann.At least some of the electronic fuses can have an interface at which a status signal can be provided which represents the status of the fuse. The status of the electronic fuse can be queried via this interface. The status can then be analyzed, for example, in a processing means for handling errors. It is also possible to display the status by means of a display means. An electronic fuse can also have means for analyzing errors, with which an error causing the overcurrent can be analyzed and displayed at the interface.
Zumindest einige der elektronischen Sicherungen können eine Schnittstelle haben, an der ein Steuersignal angelegt werden kann, um mittels der Sicherungen die Stromquellen oder die Verbraucher elektrisch mit den anderen Komponenten des Kraftfahrzeugbordnetzes zu verbinden oder von den anderen Komponenten des Kraftfahrzeugbordnetzes zu trennen. Über diese Schnittstelle kann die Sicherung auch ohne dass ein Überstrom vorliegt, angesteuert werden, um die abgesicherten Komponenten von dem übrigen Kraftfahrzeugbordnetz zu trennen. Das kann zum Beispiel sinnvoll sein, wenn die abgesicherte Komponente, also die Stromquelle oder der Verbraucher einen Fehler hat, der sich nicht durch einen Überstrom bemerkbar macht aber bei einem weiteren Strom in oder aus der abgesicherten Komponenten zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Komponente oder anderer Teile des Kraftfahrzeugbordnetzes oder des Kraftfahrzeugs führen könnte.At least some of the electronic fuses can have an interface to which a control signal can be applied in order to use the fuses to electrically connect the power sources or the loads to the other components of the motor vehicle electrical system or to disconnect them from the other components of the motor vehicle electrical system. The fuse can also be activated via this interface without an overcurrent being present, in order to separate the protected components from the rest of the vehicle electrical system. This can be useful, for example, if the protected component, i.e. the power source or the consumer, has a fault that is not noticeable as an overcurrent, but with a further current in or out of the protected one Components could damage or destroy the component or other parts of the motor vehicle electrical system or the motor vehicle.
Die elektronische Sicherung kann eine CAN-Schnittstelle aufweisen und mit einem CAN-Bus verbunden sein, über den die Sicherung Steueranweisungen zum Ein- oder Ausschalten erhalten kann oder den Status oder das Ergebnis einer Fehleranalyse anzeigen kann. An den CAN-Bus kann ein Verarbeitungsmittel anschlossen sein, welches den Status oder das Ergebnis der Fehleranalyse verarbeiten kann. The electronic fuse can have a CAN interface and be connected to a CAN bus, via which the fuse can receive control instructions for switching it on or off or can display the status or the result of an error analysis. A processing means which can process the status or the result of the error analysis can be connected to the CAN bus.
Mechanische Sicherungen von Kraftfahrzeugen sind in herkömmlichen Kraftfahrzeugbordnetzen in einem oder mehreren Sicherungskästen zusammengeschaltet. Durch mehr Komfortsysteme, als auch Sicherungssysteme im Fahrzeug wird das Auto immer mehr elektrifiziert. Somit steigt die Anzahl der Komponenten, die abgesichert werden müssen, also auch die Zahl der Sicherungen und die Größe der Sicherungen. Insbesondere um letzteren entgegenzuwirken, wurde in manchen Kraftfahrzeugbordnetzen oder in Teilnetzen von Kraftfahrzeugbordnetzen die Bordnetzspannung auf 48 V heraufgesetzt, um bei gleichbleibender Leistung die Ströme und somit den Querschnitt der Leitungen aber auch die Größe der Sicherungen zu reduzieren. Dennoch muss immer mehr Platz für Sicherungskästen gefunden werden, da in heutigen Fahrzeugen die Anzahl der Sicherungen steigt. Die Sicherungskästen, in die diese große Anzahl von Sicherungen eingebaut werden können, benötigen Platz und müssen besonders an Stellen eingebaut werden, die leicht zugänglich sind, um einen Sicherungstausch schnell zu realisieren. Diese Stellen sind mitunter weit von der abgesicherten Komponente entfernt. Der Aufwand für die Verkabelung steigt dadurch in den Kraftahrzeugen zunehmend. Die Verwendung von elektronischen Sicherungen macht es möglich, dass einige der elektronischen Sicherungen integrale Bestandteile der Stromquellen und/oder Verbraucher sind. Dadurch das bei einer elektronischen Sicherung nach dem Eintritt eines Überstromfalls der Austausch der Sicherung nicht mehr erforderlich ist, kann die Sicherung dezentral eingebaut werden, zum Beispiel in der abzusichernden Komponente selbst oder in einem Steuergerät der abzusichernden Komponente. Es ist ebenso möglich, dass zumindest einige der elektronischen Sicherungen in elektrischen Anschlussleitungen von bzw. zu den Stromquellen und/oder Verbrauchern eingesetzt sind. Das kann unmittelbar in der Nähe der abzusichernden Komponente der Fall sein. Auch wenn man dann die Vorteile einer Verwendung einer elektronischen Sicherung nicht vollständig nutzt, können elektronische Sicherungen auch in Sicherungskästen eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein.Mechanical fuses of motor vehicles are interconnected in conventional motor vehicle electrical systems in one or more fuse boxes. With more comfort systems and security systems in the vehicle, the car is becoming more and more electrified. This increases the number of components that need to be protected, including the number of backups and the size of the backups. In order to counteract the latter, in some vehicle electrical systems or in sub-networks of vehicle electrical systems, the electrical system voltage was increased to 48 V in order to reduce the currents and thus the cross-section of the lines but also the size of the fuses while maintaining the same output. Nevertheless, more and more space has to be found for fuse boxes as the number of fuses is increasing in today's vehicles. The fuse boxes, in which this large number of fuses can be installed, require space and must be installed in places that are easily accessible in order to be able to replace the fuse quickly. These locations are sometimes a long way from the secured component. As a result, the effort for cabling is increasing in the motor vehicles. The use of electronic fuses enables some of the electronic fuses to be integral parts of the power sources and / or loads. Because it is no longer necessary to replace the fuse with an electronic fuse after an overcurrent has occurred, the fuse can be installed in a decentralized manner, for example in the component to be protected itself or in a control unit of the component to be protected. It is also possible that at least some of the electronic fuses are used in electrical connection lines from or to the power sources and / or consumers. This can be the case in the immediate vicinity of the component to be protected. Even if the advantages of using an electronic fuse are not fully used, electronic fuses can also be arranged in fuse boxes of a motor vehicle.
Eine erfindungsgemäße elektronische Sicherung für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz kann einen Komparator aufweisen, mit dem der von oder zu der Stromquelle und/oder vom oder zum Verbraucher fließende elektrische Strom mit einem Referenzwert verglichen werden kann, um den Überstromfall festzustellen.An electronic fuse according to the invention for a motor vehicle electrical system according to the invention can have a comparator with which the electrical current flowing from or to the power source and / or from or to the consumer can be compared with a reference value in order to determine the overcurrent case.
Eine erfindungsgemäße elektronische Sicherung kann eine Einschalt- und Ausschaltschaltung aufweisen. Der Ausgang des Komparators kann mit der Einschalt- und Ausschaltschaltung verbunden sein, mit der der von oder zu der Stromquelle und/oder vom oder zum Verbraucher zwischen einem Eingang und einem Ausgang der elektronischen Sicherung fließende elektrische Strom eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann, wenn kein Überstrom erfasst worden ist.An electronic fuse according to the invention can have a switch-on and switch-off circuit. The output of the comparator can be connected to the switch-on and switch-off circuit, with which the electric current flowing from or to the current source and / or from or to the consumer between an input and an output of the electronic fuse can be switched on or off if there is no overcurrent has been captured.
Die Einschalt- und Ausschaltschaltung einer erfindungsgemäßen elektronische Sicherung kann einen Flash-Speicher oder ein RS-Flip-Flop umfassen oder eine andere Schaltung sein, mit der eine Selbsthaltung realisierbar ist, um nach dem Feststellen des Überstroms und dem Ausschalten des Überstroms das sofortige, unkontrollierte Wiedereinschalten des Stroms zu verhindern. Dabei kann die Ein- und Ausschaltschaltung einen steuerbaren Schalter aufweisen, der in die Leitung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der elektronischen Sicherung eingesetzt ist, wobei ein Steueranschluss mit dem Flash-Speicher, dem RS-Flip-Flop oder wenigstens einem anderen Element zur Realisierung der Selbsthaltung verbunden ist.The switch-on and switch-off circuit of an electronic fuse according to the invention can comprise a flash memory or an RS flip-flop or another circuit with which a self-holding can be implemented in order to immediately, uncontrolled To prevent the power from being turned on again. The on and off circuit can have a controllable switch which is inserted into the line between the input and the output of the electronic fuse, a control connection to the flash memory, the RS flip-flop or at least one other element for implementation the self-holding is connected.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeugbornetz nach dem Stand der Technik, -
2 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug und ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz und -
3 eine beispielhafte elektronische Sicherung.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle and a motor vehicle cradle network according to the state of the art, -
2 a schematic representation of a motor vehicle according to the invention and a motor vehicle electrical system according to the invention and -
3 an exemplary electronic fuse.
Das in der
Bei einem möglichen Kraftfahrzeugbordnetz weist jeder Verbraucher
Die in der
Die Widerstände
Der nicht invertierende Eingang des Komparators ist mit einem Knoten zwischen dem Shuntwiderstand
Der Ausgang des Komparators ist mit einem Gate eines MOSFET
Ein Kollektor der Flashspeicherzelle
Mit dem Ausgangssignal des Komparators wird der MOSFET
Durch Öffnung des Stromkreises bricht das Signal vom Komparator auf den MOSFET
Parallel zum MOSFET
Die Drain des MOSFET
Außerdem kann über einen Statussignalanschluss
Prinzipiell sind neben der Selbsthaltung durch eine Flash-Speicherzelle auch sämtliche alternative Verfahren zur Selbsthaltung möglich, z.B. Bistabile Kippstufe, insbesondere ein RS-Flip-Flop. Eine Flash-Speicherzelle hat dabei den Vorteil, dass der Zustand zuverlässig über lange Zeit gehalten werden kann.In principle, in addition to self-holding by means of a flash memory cell, all alternative methods of self-holding are also possible, e.g. bistable multivibrator, in particular an RS flip-flop. A flash memory cell has the advantage that the state can be reliably maintained over a long period of time.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Batteriebattery
- 22
- Sicherkasten mit mechanischen SicherungenSafety box with mechanical fuses
- 33
- Verbraucherconsumer
- 4, 4a4, 4a
- Leitungencables
- 66th
- elektronische Sicherungelectronic fuse
- 77th
- Steuergerät Control unit
- R1R1
- Widerstand zur Einstellung einer ReferenzspannungResistor for setting a reference voltage
- R2R2
- Widerstandresistance
- R3R3
- Widerstandresistance
- R4R4
- Shuntwiderstand Shunt resistance
- T1T1
- MOSFETMOSFET
- T2T2
- MOSFETMOSFET
- T3T3
- MOSFETMOSFET
- T4T4
- MOSFET MOSFET
- KomparatorComparator
- Operationsverstärker Operational amplifier
- FlashFlash
- Flashspeicherzelle Flash memory cell
- EE.
- Eingang der elektronischen SicherungElectronic fuse input
- AA.
- Ausgang der elektronischen SicherungElectronic fuse output
- infoinfo
- StatussignalanschlussStatus signal connection
- belegenoccupy
- Eingang zum Öffnen der elektronischen SicherungInput for opening the electronic fuse
- löschenClear
- Ausgang zum Schließen der elektronischen SicherungOutput to close the electronic fuse
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R163 | Identified publications notified |