DE19600074C2 - Fahrzeugbordnetz - Google Patents

Fahrzeugbordnetz

Info

Publication number
DE19600074C2
DE19600074C2 DE19600074A DE19600074A DE19600074C2 DE 19600074 C2 DE19600074 C2 DE 19600074C2 DE 19600074 A DE19600074 A DE 19600074A DE 19600074 A DE19600074 A DE 19600074A DE 19600074 C2 DE19600074 C2 DE 19600074C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
chopper
generator
levels
electrical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19600074A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19600074A1 (de
Inventor
Rainer Uhler
Markus Zimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7782094&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE19600074(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE19600074A priority Critical patent/DE19600074C2/de
Priority to EP96943901A priority patent/EP0872014B1/de
Priority to JP09524785A priority patent/JP3135581B2/ja
Priority to US09/101,089 priority patent/US6043567A/en
Priority to PCT/EP1996/005490 priority patent/WO1997025771A1/de
Priority to DE59603515T priority patent/DE59603515D1/de
Publication of DE19600074A1 publication Critical patent/DE19600074A1/de
Publication of DE19600074C2 publication Critical patent/DE19600074C2/de
Application granted granted Critical
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1438—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in combination with power supplies for loads other than batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
    • H02P9/307—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage more than one voltage output
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/201—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost inductance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/2013—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost voltage source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/14—Power supply for engine control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
    • H02J2105/33—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/45—Special adaptation of control arrangements for generators for motor vehicles, e.g. car alternators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1.
Die Erzeugung elektrischer Energie im konventionellen Fahrzeugbordnetz erfolgt gewöhnlich mit Hilfe eines Drehstromgenerators. Die im Generator entstehende Drehspannung wird von einem Diodengleichrichter in die erforderliche Bordnetzgleichspannung umgewandelt. Für den Gleichrichter sind Schaltungen bekannt, in denen Gleichrichter-Schottky- oder Zehnerdioden zum Einsatz kommen. Dabei sind auch Kombinationen verschiedener Diodenausführungen in einem Gleichrichter denkbar. Parallelschaltungen von Dioden zur Erhöhung des Maximalstroms werden ebenfalls bei Bedarf eingesetzt. Die Amplitude der Gleichrichterausgangsspannung wird von einem Spannungsregler, der mit dem Generatorerregerkreis verbunden ist, auf den für die Spannungsversorgung des Bordnetzes erforderlichen Wert geregelt. Die Spannung von nominal 12 V liegt an der Batterie und am überwiegenden Teil der elektrischen Verbraucher an.
Aus der DE 40 41 220 A1 ist ein Fahrzeugbordnetz mit einer gegenüber der Batteriespannung höheren Mittelvolt-Spannung und eine Hochvolt-Spannung bekannt. Es ist eine gemeinsame Mittelvolt-Spannungsschiene vorgesehen, die von einer spannungsgeregelten Wandleranordnung auf einer stabilisierten Spannung gehalten wird. Nachteilig ist hierbei, daß die Batterie durch einen Generator auf der untersten Spannungsebene geladen wird, was höhere Verluste im Generator bedingt im Vergleich zu einem Generator, der eine höhere Spannung erzeugt. Eine noch heute weit verbreitete Ausführung des Bordnetzes von Kraftfahrzeugen beruht auf der Regelung auf die Generatorasugangsspannung. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß alle zwischen Generator und Batterie auftretenden Spannungsabfälle nicht berücksichtigt werden. Die Spannung von nominal 12 V liegt an der Batterie und am überwiegenden Teil der elektrischen Verbraucher an.
Bisherige Generatorregelungen regeln auf den Generatorausgang und vernachlässigen den Spannungsabfall, der an Verbrauchern, die zwischen Generatorausgang und Batterie angeordnet sind, anfällt. In einem Zweispannungsbordnetz dessen beiden Spannungsebenen von einem Generator aufgespannt werden, führt eine solche Regelung jedoch höchstens für das am Generatorausgang anliegende Spannungssystem zu brauchbaren Ergebnissen. Eine Spannungsregelung einer zweiten vorn Generatorausgang getrennten Spannungsebene ist damit nicht möglich.
Genau dieses Problem wird jedoch mit dem Fahrzeugbordnetz aus Anspruch 1 gelöst. Die Regelung der Erregerwicklung des Generator erfolgt auf die erste, batteriegepufferte Spannungsebene. Aufbauend auf dieser geregelten, ersten Spannungsebene wird mit dem Mehrfachchopper eine zweite, höhere Spannungsebene für leistungsstarke Verbraucher eingestellt. Bei konstanter, geregelter, erster Spannung ergibt sich die zweite Spannungsebene durch unabhängige Ansteuerung des Mehrfachchoppers. Damit ergeben sich die in der Beschreibung weiter unten genannten Vorteile, nämlich:
  • - die Regelung der Batteriespannung erfolgt direkt durch Regelung auf die Klemme 15,
  • - die Amplitude der zweiten Spannungsebene kann durch die Ansteurung des Mehrfachchoppers eingestellt werden,
  • - eine Leistungsstellung in der zweiten Spannungsebene ohne Beeinflussung des batteriegepufferten Spannungssystems ist möglich
  • - die Spannungswelligkeit im batteriegepufferten Spannungssystem wird reduziert
Aus der DE 44 19 006 A1 ist ein pulsweitenmodulierter Mehrfachchopper zum Betrieb elektrischer Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz bekannt. Der Mehrfachchopper ist zwischen der Versorgungsspannung und den Verbrauchern angeordnet. Der Mehrfachchopper kann als Aufwärtswandler oder als Abwärtswandler ausgebildet sein. Im Falle eines Aufwärtswandlers muß die gesamte Leistung für die Verbraucher von der Bordnetzversorgung auf der Niederspannungsseite bereitgestellt werden.
Bei der Erfindung hingegen befindet sich der Generator auf der Hochspannungseite, und ist durch den Mehrfachchopper von der Niederspannungsseite getrennt. Die Leistung für die Verbraucher muß daher nicht im Niederspannungszweig bereitgestellt werden, so daß auch eine Leistungsstellung ohne Beeinflussung der Niederspannungsseite möglich ist.
Die Anordnung des Generators auf der Hochspannungsseite hat beim Einsatz von besonders leistungsstarken elektrischen Verbrauchern gegenüber einer Anordnung auf der Niederspannungsseite den Vorteil kleinerer Stromstärken bei gleicher Leistung. Dadurch ergeben sich geringere Leitungsverluste und die Kabelquerschnitte können kleiner ausgelegt werden. Kommen außerdem Halbleiterbauelemente in den leistungsstarken Verbrauchern zum Einsatz, so können diese ebenfalls für kleinere Stromstärken dimensioniert werden, was zu Kostenvorteilen führt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, neben der konventionellen Bordnetzspannung von 12 V eine weitere Gleichspannungsebene für leistungsstarke elektrische Verbraucher bereitzustellen.
Dieses Problem wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei Einsatz von leistungselektronischen Schaltungen wie beispielsweise uni- oder bidirektionalen DC/DC-Wandlern sind insbesondere die bei Kraftfahrzeugen geltenden Vorschriften bzgl. der elektromagnetischen Verträglichkeit dieser Schaltungen zu beachten.
Wird neben der konventionellen Spannungsebene von nominal 12 V im Kraftfahrzeug eine zweite, höhere Gleichspannungsebene für leistungs­ starke Verbraucher eingeführt, und erfolgt die Kopplung der beiden Netze über einen Chopper, so ist dieser elektromagnetisch verträglich auszulegen.
Die Einführung einer zweiten, höheren Spannungsebene wird ausgehend vom Generator konventioneller Bauart nach der Erfindung durch Einfügen einer leistungselektronischen Schaltung nach dem Prinzip des Mehrfach-Choppers zwischen Generator und Batterie erreicht. Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 das Schaltungskonzept eines Mehrfach-Choppers,
Fig. 2 ein Beispiel für die Spannungserzeugung und
Fig. 3 die Schaltung des Kraftfahrzeugbordnetzes mit Mehrfach-Chopper.
Die Funktionsweise des eingesetzten Mehrfach-Choppers wird nachfolgend beschrieben. Ein Mehrfach-Chopper besteht aus der Parallelschaltung mehrerer konventioneller Chopperstufen (Abwärtswandler) wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Die von konventionellen Choppern dieser Art bekannten Probleme hinsichtliche der EMV sind der pulsförmige Eingangsstrom und die pulsförmige Ausgangsspannung beim Betrieb ohne Zusatzdrossel. Verzichtet man auf eine kontinuierliche Variation der Ausgangsspannung Ua und beschränkt sich auf eine bestimmte Anzahl diskret einstellbarer Ausgangsspannungsniveaus, so läßt sich durch den kombinierten Einsatz mehrerer konventioneller Chopper die EMV der Schaltung durch die Glättung der Ströme Ie und Ia und die Vermeidung einer pulsförmigen Ausgangsspannung Ua erheblich verbessern.
Mehrere konventionelle Chopperstufen (1, 2, . . . k) werden gemäß Fig. 1 parallelgeschaltet, so daß sich der Laststrom in Abhängigkeit vom Steuermuster Ust1, Ust2, . . . Ustk auf die angesteuerten Zweigströme I1, I2, . . . Ik aufteilen kann. Hierdurch können die benötigten Bauteile für einen kleineren Strom dimensioniert werden. Die einzelnen Stufen sind durch die eingebauten Drosseln L1, L2, . . . Lk sowie durch die getrenn­ ten Freilaufkreise über die Freilaufdioden D1, D2, . . . Dk voneinander entkoppelt und beeinflussen sich gegenseitig nicht.
Die Anzahl der in Betrieb befindlichen, aktiven Stufen kann je nach gewünschtem Spannungsverhältnis von der Gesamtzahl der Chopper­ stufen abweichen. Dies bedeutet, daß nicht ständig alle Zweige an der Stromführung beteiligt sein müssen.
Die Steuerung der elektronischen Schalter S1, S2, . . . Sk erfolgt nun derart, daß die Anzahl der angesteuerten Zweige über eine Taktperiode hinweg konstant bleibt. Diese Bedingung kann jedoch abhängig von der Stufenzahl k nur für bestimmte diskrete Tast- und damit Spannungs­ verhältnisse (Bruchteile bzw. Vielfache der Eingangsspannung Ue) erfüllt werden. Daraus folgt, daß die Anzahl der parallelgeschalteten Chopperstufen umso größer gewählt werden muß, je feiner die gewünschte Spannungsstufung ist.
Die in Abhängigkeit von der Gesamtstufenzahl (k) erreichbaren Spannungsniveaus sowie die zugehörigen Kombinationen von aktiven und gleichzeitig angesteuerten Zweigen (m, n) sind in Form einer Matrix in der Tabelle dargestellt. Die Elemente der Matrix (a[n, m]) geben die möglichen Spannungsverhältnisse für die jeweils gewählte Kombination an.
Tabelle
Kombinationsmatrix
Hierin bedeuten:
k: Gesamtzahl der vorhandenen Stufen, m: Anzahl der in Betrieb befindlichen, aktiven Stufen, n: Zahl der gleichzeitig angesteuerten Stufen. Es gilt: n < m < k
Die Ausgangsspannung läßt sich gemäß der Gleichung
Ua = a[n, m] × Ue
berechnen.
Die Verläufe der einzelnen Steuermuster Ust der aktiven Stufen be­ sitzen gleiche Tastverhältnisse und sind gegeneinander phasenver­ schoben. Die Taktfrequenz der Signale (1/T) bleibt unabhängig von der Zahl der in Betrieb befindlichen Zweige konstant. Fig. 2 zeigt die Ansteuerpulsfolge für eine Anordnung mit vier elektronischen Schaltern und dem eingestellten Spannungsverhältnissen 1/4 und 3/4. Deutlich erkennbar ist die zu jedem Zeitabschnitt gleiche Anzahl der angesteuerten Stufen.
Die Einbindung der beschriebenen leistungselektronischen Schaltung eines Mehrfach-Choppers in das gesamte Fahrzeugbordnetz zur Erzeugung einer zweiten, höheren Spannungsebene erfolgt nun ent­ sprechend der in Fig. 3 dargestellten Anordnung. In ihr kommen folgende Komponenten zum Einsatz:
ein Regler zur Regelung der Batteriespannung, ein Generator mit Gleichrichter, ein Mehrfach-Chopper und eine Ladekontrolle.
Der Regler ist mit der Erregerwicklung des Generators verbunden. Er hat die Aufgabe, durch Variation des als Stellgröße im Regelkreis wirkenden Erregerstromes, die Batteriespannung auf den gewünschten Wert von üblicherweise 14 V zu regeln. Es kann dabei ein kon­ ventioneller Spannungsregler für Kfz-Generatoren eingesetzt werden. Die Energieversorgung des Erregerkreises sowie die Messung der zu regelnden Spannung erfolgt nicht wie bisher üblich über Erregerdioden aus dem Generator sondern aus der geschalteten Batteriespannung an Klemme 15. Damit wird direkt, wie gewünscht, die Batteriespannung geregelt.
Der Generator mit Erreger- und dreiphasiger Ständerwicklung erzeugt ein Drehspannungssystem, dessen Amplitude über den Erregerstrom einstellbar ist. Die Gleichrichtung erfolgt mit Hilfe einer oder mehrerer Diodenbrücken. Der bereits näher beschriebene Mehrfach-Chopper wird zwischen Generator und Batterie geschaltet. Gemäß Gleichung 1 erzeugt diese leistungselektronische Schaltung eine Ausgangsspannung
Ua = a[n, m] × Ue,
die von der Anzahl der parallelen und aktiven Zweige und den Steuerimpulsfolgen abhängig ist. Da jedoch die Batteriespannung über den Erregerkreis auf einen Wert von üblicherweise 14 V geregelt wird, bedeutet dies gemäß Gleichung 1, daß sich die Eingangsspannung bzw. die vom Generator erzeugte Spannung aus der Beziehung
Ue = Ua/a[n, m]
bestimmt. Damit ergibt sich ein Fahrzeugbordnetz mit einem zweiten Spannungssystem, dessen Amplitude je nach Ausführung und Ansteuerung des Mehrfach-Choppers in Stufen einstellbar ist. Die Spannung des batteriegepufferten Systems wird dabei unabhängig von der Amplitude und der Belastung des zweiten Spannungssystems auf den gewünschten Wert von üblicherweise 14 V geregelt.
Hieran können die 14 V-Lasten angeschlossen werden. Die Versorgung von eventuell notwendigen Relaiserregerspulen kann sowohl aus Klemme 30, aus Klemme 15 oder direkt aus einer im Generator integrierten Diodenbrücke erfolgen. Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung besteht darin, daß die Spannungswelligkeit im batteriegepufferten System reduziert werden kann. Die im Generator erzeugte Spannung besitzt eine der Gleichspannung überlagerte Welligkeit, die direkt an der Batterie und damit an den Verbrauchern anliegt. In der vorgeschlagenen Anordnung wird die Spannungswelligkeit entsprechend der Beziehung
dUa = a[n, m] × dUe
reduziert.
Das vom Generator direkt erzeugte Gleichspannungssystem mit seiner vom eingesetzten Mehrfach-Chopper abhängigen Spannungsamplitude kann zum Anschluß von leistungsstarken Verbrauchern verwendet werden. Die Versorgung von eventuell notwendigen Relaiserregerspulen kann auch hier sowohl aus Klemme 30, aus Klemme 15 oder direkt aus einer im Generator integrierten Diodenbrücke erfolgen.
Eine optische Anzeige über den Spannungszustand des Generators ist beispielsweise mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Ladekontrolle möglich. Zwischen Klemme 15 und dem dargestellten Mittelpunkt der 3- pulsigen Mittelpunktschaltung wird z. B. eine LED geschaltet. Der ebenfalls dargestellte ohmsche Widerstand zwischen Mittelpunkt und Klemme D - wirkt dabei als strombegrenzender Vorwiderstand für die LED. Solange die Generatorspannung kleiner als die an Klemme 15 anliegende Batteriespannung ist leuchtet die LED. Sie erlischt sobald die Generatorspannung den Wert der Batteriespannung erreicht hat.
Die Vorteile der Anordnung eines Fahrzeugbordnetzes mit einer zweiten Spannungsebene mittels Mehrfach-Chopper sind:
  • - die Regelung der Batteriespannung erfolgt direkt durch Messung der Spannung an Klemme 15,
  • - die Amplitude der zweiten Spannungsebene kann in Abhängigkeit von Ausführung und Ansteuerung des Mehrfach-Choppers in Stufen eingestellt werden,
  • - eine Leistungsstellung ohne Beeinflußung des batteriegepufferten Spannungssystems ist möglich und
  • - die Spannungswelligkeit im batteriegepufferten Spannungssystem kann reduziert werden.
Die höhere Spannungsebene für leistungsstarke Verbraucher hat ins­ besondere folgende Vorteile:
  • - es kann eine Reduzierung des Maximalstromes erreicht werden,
  • - bei gleicher Verbraucherleistung reduzieren sich die ohmschen Verluste,
  • - es können Leitungen mit geringerem Querschnitt verlegt werden, was einen Gewichtsvorteil erbringt,
  • - die Halbleiterbauelemente werden spannungsmäßig besser ausgenutzt,
  • - bei gleicher Verbraucherleistung reduzieren sich die Halbleiterkosten, da sich die benötigte Chipfläche verkleinert,
  • - bei gleicher Verbraucherleistung reduzieren sich die Halbleiterverluste und
  • - reduzierte Halbleiterverluste bedeuten einen geringeren Kühlaufwand, der wiederum einen Gewichtsvorteil erbringt,
  • - der Wirkungsgrad der Endstufen erhöht sich, und
  • - bei gleicher Chipfläche kann die maximale Umrichterleistung erhöht werden.

Claims (7)

1. Fahrzeugbordnetz mit einem Generator mit integriertem Gleichrichter, einem Spannungsregler, einer Batterie und einem Spannungswandler, wobei
  • a) der Spannungswandler als Mehrfachchopper ausgebildet ist und zwischen Generator und Batterie geschaltet ist, wodurch ein Fahrzeugbordnetz mit mindestens zwei Spannungssystemen unterschiedlicher Spannungsebenen (Ue, Ua) entsteht, bei dem das erste batteriegepufferte Spannungssystem die niedrigere Spannungsebene (Ua) hat, und das zweite Spannungssystem die höhere Spannungsebene (Ue) des Generatorausgangs hat,
  • b) der Spannungsregler den Erregerkreis des Generators auf die niedrigere Spannungsebene (Ua, Klemme 15) des batteriegepufferten Spannungssystem regelt und
  • c) die Spannungsebene (Ue) des zweiten Spannungssystems durch Ansteuerung des Mehrfachchoppers in Stufen einstellbar ist.
2. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1, bei dem die höhere Spannungsebene (Ue) des zweiten Spannungsystem sich in ihrer Höhe durch ein einstellbares Übersetzungsverhältnis (a) aus der ersten Spannungsebene (Ua) ergibt.
3. Farhrzeugbordnetz nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Mehrfachchopper aus einer Parallelschaltung mehrerer Chopperstufen realisiert ist und jede Chopperstufe einen Schalter (S1, S2, . . . Sk), eine Induktivität (Drossel L1, L2, . . . Lk) und eine Diode (D1, D2, . . ., Dk) in T-förmiger Anordnung enthält und die Diode als Freilaufdioden die einzelnen Chopperstufen voneinander entkoppeln.
4. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 3, bei dem die Anzahl der parallelgeschalteten Chopperstufen umgekehrt proportional zur Höhe der kleinsten erzielbaren Spannungsstufe ist.
5. Fahrzeugbornetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Übersetzungsverhältnis (a) zwischen den beiden Spannungsebenen (Ue, Ua) durch die Anzahl (m) der in Betrieb befindlichen Chopperstufen einstellbar ist.
6. Fahrzeugbordnetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Übersetzungsverhältnis (a) zwischen den beiden Spannungsebenen (Ue, Ua) durch die Anzahl (n) der gleichzeitig in Betrieb befindlichen Chopperstufen einstellbar ist.
7. Fahrzeugbordnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Mehrfachchopper ein sogenannter Buck-Boost-Konverter ist.
DE19600074A 1996-01-03 1996-01-03 Fahrzeugbordnetz Expired - Fee Related DE19600074C2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19600074A DE19600074C2 (de) 1996-01-03 1996-01-03 Fahrzeugbordnetz
PCT/EP1996/005490 WO1997025771A1 (de) 1996-01-03 1996-12-07 Fahrzeugbordnetz
JP09524785A JP3135581B2 (ja) 1996-01-03 1996-12-07 車載回路網
US09/101,089 US6043567A (en) 1996-01-03 1996-12-07 Vehicle electrical system
EP96943901A EP0872014B1 (de) 1996-01-03 1996-12-07 Fahrzeugbordnetz
DE59603515T DE59603515D1 (de) 1996-01-03 1996-12-07 Fahrzeugbordnetz

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19600074A DE19600074C2 (de) 1996-01-03 1996-01-03 Fahrzeugbordnetz

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19600074A1 DE19600074A1 (de) 1997-07-17
DE19600074C2 true DE19600074C2 (de) 2002-07-18

Family

ID=7782094

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19600074A Expired - Fee Related DE19600074C2 (de) 1996-01-03 1996-01-03 Fahrzeugbordnetz
DE59603515T Expired - Fee Related DE59603515D1 (de) 1996-01-03 1996-12-07 Fahrzeugbordnetz

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59603515T Expired - Fee Related DE59603515D1 (de) 1996-01-03 1996-12-07 Fahrzeugbordnetz

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6043567A (de)
EP (1) EP0872014B1 (de)
JP (1) JP3135581B2 (de)
DE (2) DE19600074C2 (de)
WO (1) WO1997025771A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10162268A1 (de) * 2001-12-18 2003-07-10 Siemens Ag Dimmbares Anzeigeelement
DE102007024567A1 (de) * 2007-05-25 2008-11-27 Daimler Ag Hochvolt-Bordnetzarchitektur für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug sowie integrierte Leistungselektronik für eine Hochvolt-Bordnetzarchitektur

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09191693A (ja) * 1996-01-05 1997-07-22 Hitachi Ltd 充電発電機及び電圧調整器
DE19846319C1 (de) 1998-10-08 2000-02-17 Daimler Chrysler Ag Energieversorgungsschaltung für ein Kraftfahrzeugbordnetz mit zwei Spannungsversorgungszweigen
FR2790616B1 (fr) * 1999-03-05 2001-07-27 Sagem Circuit changeur de tension a decoupages decales et reseau de distribution d'energie en faisant application
ES2164578B1 (es) * 1999-12-24 2003-05-16 Lear Automotive Eeds Spain Convertidor en "interleaving" de energia electrica continua-continua.
DE10013459A1 (de) * 2000-03-17 2001-09-27 Compact Dynamics Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben von elektrischen oder elektronischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug mit einem Zwei-Spannungs-Bordnetz
DE10022760A1 (de) * 2000-05-10 2001-11-22 Siemens Ag Verfahren zur Ansteuerung einer Anordnung zur elektrischen Energiespeicherung sowie Anordnung zur elektrischen Energiespeicherung
DE10042526A1 (de) * 2000-08-30 2001-08-02 Audi Ag Generator zur elektrischen Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeuges
US6674180B2 (en) 2001-10-12 2004-01-06 Ford Global Technologies, Llc Power supply for a hybrid electric vehicle
JP2004072980A (ja) * 2002-08-09 2004-03-04 Denso Corp 車載用フライホイルバッテリ
US7251553B2 (en) * 2003-04-30 2007-07-31 Robert Bosch Corporation Thermal optimization of EMI countermeasures
US7130180B2 (en) * 2003-07-09 2006-10-31 Champion Aerospace, Inc. Partitioned exciter system
DE102010063041A1 (de) * 2010-12-14 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Generatorvorrichtung mit verbesserter Verpolfestigkeit
JP5680600B2 (ja) * 2012-09-07 2015-03-04 株式会社日本製鋼所 電動射出成形機の直流電圧供給回路
JP2016106510A (ja) * 2015-11-24 2016-06-16 有限会社エーユー建築工房 充電装置
DE102016002465B4 (de) 2016-03-01 2020-11-05 Audi Ag Reglervorrichtung und Verfahren zum Einstellen eines Batteriestromes einer Batterie eines Kraftfahrzeugs
DE102016011537A1 (de) 2016-09-23 2018-03-29 Audi Ag Kraftfahrzeug
US12233747B2 (en) 2021-12-17 2025-02-25 Ford Global Technologies, Llc Varying vehicle charging bus

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0325205A2 (de) * 1988-01-18 1989-07-26 Hitachi, Ltd. Elektrische Stromversorgung für ein Motorfahrzeug
WO1989007359A1 (en) * 1984-01-10 1989-08-10 Peter Norton Dual or single voltage vehicular power supply with improved switch
US4992672A (en) * 1988-06-09 1991-02-12 Peter Norton Dual or single voltage vehicular power supply with improved switch driver and load pump
DE4041220A1 (de) * 1990-12-21 1992-07-02 Vogt Electronic Ag Stromversorgung fuer kraftfahrzeuge
DE4310240A1 (de) * 1992-03-31 1993-10-07 Nissan Motor Elektrisches Leistungsversorgungssystem für Kraftfahrzeuge
DE4419006A1 (de) * 1994-05-31 1995-12-07 Hella Kg Hueck & Co Pulsweitenmodulierter Schaltwandler zum Betrieb elektrischer Verbraucher
EP0740393A2 (de) * 1995-04-24 1996-10-30 Nippondenso Co., Ltd. Stromgeneratorvorrichtung für Fahrzeuge und Verfahren zu deren Steuerung
EP0740391A2 (de) * 1995-04-24 1996-10-30 Nippondenso Co., Ltd. Stromversorgungsanlage

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2755246C2 (de) * 1977-12-12 1982-06-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Schaltungsanordnung für die Bremsung einer Gleichstrom-Reihenschlußmaschine
FR2390849A1 (fr) * 1977-05-12 1978-12-08 Anvar Commande de moteur electrique a courant continu, en particulier pour voiture electrique
US4143280A (en) * 1977-07-01 1979-03-06 General Electric Company Control system for a tertiary winding self-excited generator
JPH02184300A (ja) * 1989-01-09 1990-07-18 Mitsubishi Electric Corp 車両用交流発電機の制御装置
GB2279514A (en) * 1993-06-24 1995-01-04 Strand Lighting Ltd Power control converter circuit
IT1260956B (it) * 1993-08-04 1996-04-29 Dispositivo regolatore di tensione, ad esempio per motocicli
US5642023A (en) * 1995-01-19 1997-06-24 Textron Inc. Method and apparatus for the electronic control of electric motor driven golf car

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989007359A1 (en) * 1984-01-10 1989-08-10 Peter Norton Dual or single voltage vehicular power supply with improved switch
EP0325205A2 (de) * 1988-01-18 1989-07-26 Hitachi, Ltd. Elektrische Stromversorgung für ein Motorfahrzeug
US4992672A (en) * 1988-06-09 1991-02-12 Peter Norton Dual or single voltage vehicular power supply with improved switch driver and load pump
DE4041220A1 (de) * 1990-12-21 1992-07-02 Vogt Electronic Ag Stromversorgung fuer kraftfahrzeuge
DE4310240A1 (de) * 1992-03-31 1993-10-07 Nissan Motor Elektrisches Leistungsversorgungssystem für Kraftfahrzeuge
DE4419006A1 (de) * 1994-05-31 1995-12-07 Hella Kg Hueck & Co Pulsweitenmodulierter Schaltwandler zum Betrieb elektrischer Verbraucher
EP0740393A2 (de) * 1995-04-24 1996-10-30 Nippondenso Co., Ltd. Stromgeneratorvorrichtung für Fahrzeuge und Verfahren zu deren Steuerung
EP0740391A2 (de) * 1995-04-24 1996-10-30 Nippondenso Co., Ltd. Stromversorgungsanlage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRÖHLICH, MÜLLER: "Modularized Power System Concept for General Application in Setelites at Power RAnges up to 5 KW, in "Spacecraft Power Conditioning Electronics" Proceedings of a Seminar held at ESTEC, April 1972, European Space Research Organisation *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10162268A1 (de) * 2001-12-18 2003-07-10 Siemens Ag Dimmbares Anzeigeelement
DE102007024567A1 (de) * 2007-05-25 2008-11-27 Daimler Ag Hochvolt-Bordnetzarchitektur für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug sowie integrierte Leistungselektronik für eine Hochvolt-Bordnetzarchitektur

Also Published As

Publication number Publication date
US6043567A (en) 2000-03-28
EP0872014A1 (de) 1998-10-21
WO1997025771A1 (de) 1997-07-17
DE19600074A1 (de) 1997-07-17
EP0872014B1 (de) 1999-10-27
JP3135581B2 (ja) 2001-02-19
DE59603515D1 (de) 1999-12-02
JPH11507499A (ja) 1999-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0872014B1 (de) Fahrzeugbordnetz
EP2385909B1 (de) Verfahren für die steuerung einer stromversorgungseinrichtung mit einem wechselrichter
DE102013212682B4 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
EP1784910B1 (de) Spannungsregler mit überspannungsschutz
WO1999041816A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum gesteuerten parallelbetrieb von gleichspannungswandlern
DE102007043603A1 (de) Multiphasen-Gleichspannungswandler
WO2016079603A1 (de) Dc/dc-wandlereinrichtung
DE102012201325A1 (de) Energieversorgungsvorrichtung
DE102012202863A1 (de) System und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung
DE19838296B4 (de) Elektrisches Spannungsversorgungssystem
DE102017010390A1 (de) Energiewandler
DE102012202867A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
WO2011101398A2 (de) Led-spannungsmessung
DE602004002391T2 (de) Generator für lichtbogenschweissvorrichtung mit hochleistungsfaktor
DE102004062032A1 (de) Schaltungsanordnung zur schnellen Reduzierung eines induzierten Stroms
EP1082805B1 (de) Spannungsumschaltvorrichtung
DE102007025229A1 (de) Multiphasen-Gleichspannungswandler
DE69524139T2 (de) Selektives Stromversorgungsgerät für elektrische Verbraucher und Zündsystem von inneren Brennkraftmaschinen in Motorfahrzeugen
WO1996037947A1 (de) Vorrichtung zur spannungsversorgung mit zwei ausgangsspannungen
DE60128040T2 (de) Stromversorgung und diese stromversorgung benutzende elektronische vorrichtung
WO2021260222A1 (de) Dreiphasen boost-converter mit pfc
DE102013212692A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung
DE102022131938B3 (de) Vorrichtung zum bereitstellen einer oder mehrerer funktionsspannungen in einem fahrzeugbordnetz
WO2003085797A2 (de) Vorrichtung zur induktiven übertragung elektrischer energie
DE102017221635A1 (de) Ermitteln einer Netzsystemart einer Energiequelle zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE

D2 Grant after examination
8339 Ceased/non-payment of the annual fee