DE19752241C2 - Generator for supplying consumers in vehicle electrical systems - Google Patents

Generator for supplying consumers in vehicle electrical systems

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    • 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
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    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a generator for supplying consumers in on-board electrical systems the preamble of claim 1.

Ausgehend von einer herkömmlichen Klauenpolmaschine als Kfz-Generator, die bereits eine zweidrähtige Statorwicklung aufweist, läßt sich mit geringfügigen Änderungen eine verbes­ serte Variante hinsichtlich einer sicheren Stromversorgung aufbauen. Hierbei wird von fol­ genden Eigenschaften Gebrauch gemacht:
Starting from a conventional claw pole machine as a motor vehicle generator, which already has a two-wire stator winding, an improved variant with regard to a secure power supply can be built up with minor changes. The following properties are used:

  • - Die in Klauenpolmaschinen eingesetzten Rotoren sind äußerst robust und nur in sehr seltenen Fällen Ursache eines Generatorausfalls.- The rotors used in claw pole machines are extremely robust and only very rare cause of generator failure.
  • - Die Statorwicklung kann aufgrund ihrer Isolation sowie ihrer Festigkeit durch Ver­ gießen ebenfalls als sehr zuverlässig betrachtet werden.- The stator winding can due to its insulation and its strength by Ver pour can also be regarded as very reliable.
  • - In Standard-Fahrzeuggeneratoren ist die Statorwicklung zweidrähtig ausgeführt. Zur Gleichrichtung sind in Hochleistungsgeneratoren generell bereits 12 Dioden einge­ baut.- In standard vehicle generators, the stator winding is two-wire. For Rectification is generally already using 12 diodes in high-performance generators builds.
  • - Häufigste Ausfallursache bei Generatoren ist ein Reglerdefekt.- The most common cause of failure in generators is a controller defect.

Deshalb hat man in DE 44 34 705 A1 ein Verfahren zur Überwachung von mindestens zwei redundanten Reglerkanälen einer Erregereinrichtung eines elektrischen Generators vorge­ schlagen. Zur Überwachung der redundanten Reglerkanäle wird für jeden Reglerkanal ein die Zuverlässigkeit seiner Arbeitsweise charakterisierender Status bestimmt, wobei in Ab­ hängigkeit vom Status der Reglerkanäle einer der Reglerkanäle ausgewählt wird. Um zu gewährleisten, daß der am zuverlässigsten arbeitende Reglerkanal ausgewählt wird, erfolgt die Statusbestimmung für die Reglerkanäle und die Auswahl eines der Reglerkanäle mittels Fuzzy Logic. Überwachung und Auswahl der Reglerkanäle erfolgen in einem getrennten Rechnerbaustein, einem sogenannten Voter. Die redundanten Reglerkanäle erhöhen zwar das Ausfallrisiko eines der Kanäle, dies jedoch nur solange der Voter selbst eine größere Be­ triebssicherheit hat als das redundante System der Reglerkanäle. Ein Ausfall des Voters führt zu einem Totalversagen des Systems. Auch führt ein Ausfall des Generators selbst z. B. durch einen Kurzschluß oder einen Leitungsbruch in der Statorwicklung zum Totalausfall des Systems. Der Generator selbst ist nämlich nicht redundant ausgelegt.Therefore, DE 44 34 705 A1 has a method for monitoring at least two redundant controller channels of an excitation device of an electrical generator beat. To monitor the redundant controller channels, one for each controller channel determines the status characterizing the reliability of his mode of operation, whereby in Ab depending on the status of the controller channels one of the controller channels is selected. In order to ensure that the most reliable controller channel is selected the status determination for the controller channels and the selection of one of the controller channels using Fuzzy logic. Monitoring and selection of the controller channels are carried out in a separate one Computer module, a so-called voter. The redundant controller channels increase this Risk of failure of one of the channels, but only as long as the voter himself is a larger Be  drive safety as the redundant system of controller channels. A failure of the voter leads to a total failure of the system. A failure of the generator itself leads z. B. due to a short circuit or a wire break in the stator winding to total failure of the system. The generator itself is not designed redundantly.

In sicherheitsrelevanten Bereichen im Kraftfahrzeug, wie z. B. beim Brems- und Lenksystem hat es Bestrebungen gegeben, fehlertolerante Systeme einzuführen, die gegenüber Redun­ danzsytemen mit Voter eine höhere Betriebssicherheit erzielen. In der DE 195 26 250 A1 hat man deshalb ein Brems- und Lenksystem vorgeschlagen, das eine fehlertolerante Rechen­ einheit aus mindestens zwei unabhängigen Rechenwerken aufweist, wobei jedes der Re­ chenwerke die Fail-silent Eigenschaft aufweist, d. h. die Rechenwerke überwachen sich je­ weils selbst und arbeiten jedes für sich autonom. Beim Erkennen eines Fehlers innerhalb des Rechenwerkes schaltet sich das betreffende Rechenwerk selbst in einen Zustand, in dem es keine Informationen mehr versendet. Die Sicherheit des Sytems wird dadurch erhöht, daß das zweite autonome Rechenwerk ungehindert weiter arbeitet.In safety-related areas in the motor vehicle, such as. B. in the braking and steering system there have been efforts to introduce fault-tolerant systems that are compatible with Redun danzsytemen achieve greater operational reliability with Voter. In DE 195 26 250 A1 Therefore, a braking and steering system is proposed that has a fault-tolerant rake Unit comprising at least two independent arithmetic units, each of the Re Chenwerke has the fail-silent property, d. H. the arithmetic units monitor each other because themselves and each work autonomously. If an error is detected within the Arithmetic unit switches the relevant arithmetic unit itself into a state in which it no more information sent. The security of the system is increased by the fact that the second autonomous arithmetic unit continues to work unhindered.

Einen gattungsbildenden Generator entsprechend dem Oberbegriff der hier beanspruchten Erfindung ist aus der EP 0 426 345 A2 bekannt. Ein Generator mit einer zweidrähtigen Sta­ torwicklung dient zur Versorgung zweier Bordnetze in einem Kraftfahrzeug. Die beiden Bordnetze unterscheiden sich in ihrer Bordnetzspannung. Die eine Statorwicklung des Gene­ rators dient hierbei zur Versorgung eines herkömmlichen 12 V Bordnetzes, während die zweite Statorwicklung ein getrenntes zweites Bordnetz versorgt, dessen Bordnetzspannung höher liegt, nämlich vorzugsweise bei etwa 48 V. Weder Generator noch die Regler für die Bordnetze sind redundant oder gar fehlertolerant ausgelegt.A generic generator according to the preamble of the claims here The invention is known from EP 0 426 345 A2. A generator with a two-wire sta Gate winding is used to supply two electrical systems in a motor vehicle. The two Vehicle electrical systems differ in their vehicle electrical system voltage. The one stator winding of the gene rators is used to supply a conventional 12 V electrical system, while the second stator winding supplies a separate second electrical system, its electrical system voltage is higher, namely preferably about 48 V. Neither generator nor the regulator for the On-board networks are designed redundantly or even fault-tolerant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen für sicherheitskritische Anwendungen im Kfz einen Generator anzugeben, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist sowie eine getrennte Speisung zweier Teilnetze gestattet, und bei Ausfall eines Reglers oder eines Teilnetzes die Versorgung der sicherheitskritischen An­ wendungen weiterhin sichergestellt ist.The invention has for its object to supply consumers in electrical systems to specify a generator for safety-critical applications in motor vehicles which has a high Reliability and allows separate supply of two subnets, and at Failure of a controller or a subnet to supply the safety-critical An is still ensured.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruch 1.This object is achieved by the features of claim 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben.The invention is described below with reference to the drawing.

Der Generator besteht aus den Statorwicklungen W1 und W2, die jeweils eine eigene Diodenbrücke B1 und B2 als Vorwellengleichrichter besitzen und die beiden Bordnetzspan­ nung UBN1 und UBN2 erzeugen. Die Dioden sind auch durch gesteuerte Halbleiter ersetzbar, so daß eine Kurzschluß-Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgen kann oder eine unsym­ metrische Leistungsaufteilung ermöglicht wird. Eine Erregerwicklung W und die Schleifrin­ ge S1, S2 sind aus den eingangs beschriebenen Gründen nur einfach ausgeführt. Getrennte Spannungsregler 1 und 2 sind nach dem sogen. fail-silent-Konzept ausgeführt und werden redundant aus beiden Teilnetzen versorgt. Über ein jeweils eigenes Bürstenpaar, das auf den Schleifringen S1, S2 aufsitzt, wird die Erregerwicklung W des Generators angesteuert.The generator consists of the stator windings W1 and W2, each of which has its own diode bridge B1 and B2 as a pre-wave rectifier and generates the two electrical system voltages U BN1 and U BN2 . The diodes can also be replaced by controlled semiconductors, so that a short-circuit shutdown of the respective string can take place or an asymmetrical power distribution is made possible. An excitation winding W and the Schleifrin ge S1, S2 are only simple for the reasons described above. Separate voltage regulators 1 and 2 are based on the so-called. fail-silent concept and are supplied redundantly from both subnets. The excitation winding W of the generator is controlled via a separate pair of brushes, which are seated on the slip rings S1, S2.

Der erfindungsgemäße Generator zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen mit einer Klauenpolmaschine mit zweidrähtiger Statorwicklung für Drehstrom mit nachgeschalteter Vollwellengleichrichtung und zwei Schleifringen zur Zuführung der Erregungsspannung auf die Rotorwicklung besteht darin, daß mindestens zwei galvanisch getrennte Statorwicklun­ gen (W1, W2) vorgesehen sind, daß für sie mindestens zwei Vollwellengleichrichter (B1, B2) für die aus Drehstrom erzeugten Bordnetzspannungen (UBN1 UBN2) vorhanden sind, daß die Erregungsspannung der Rotorwicklung (W) von mindestens zwei parallelgeschalteten Reglern (R1, R2) über die Schleifringe (S1 und S2) zugeführt wird, die Spannungsregler (1 und 2) nach dem 'fail-silent'-Konzept ausgeführt und redundant aus beiden Teilnetzen ver­ sorgt sind, und daß die Erregerwicklung des Generators über ein jeweils eigenes Bürsten­ paar, das auf den Schleifringen aufsitzt, angesteuert ist. Dadurch bleibt bei Ausfall eines Reglers oder einer Bordnetzspannung die Leistungsversorgung des anderen Bordnetzes voll erhalten.The generator according to the invention for supplying consumers in vehicle electrical systems with a claw pole machine with two-wire stator winding for three-phase current with downstream full-wave rectification and two slip rings for supplying the excitation voltage to the rotor winding consists in the fact that at least two galvanically separated stator windings (W1, W2) are provided for there are at least two full-wave rectifiers (B1, B2) for the vehicle electrical system voltages (U BN1 U BN2 ) generated from three-phase current, that the excitation voltage of the rotor winding (W) from at least two parallel-connected regulators (R1, R2) via the slip rings (S1 and S2) is supplied, the voltage regulators ( 1 and 2 ) are designed according to the 'fail-silent' concept and are redundantly supplied from both sub-networks, and that the excitation winding of the generator is controlled by a pair of brushes each, which sits on the slip rings . As a result, the power supply of the other electrical system is fully retained in the event of a controller or an electrical system voltage failure.

Die Gleichrichter der Vollwellengleichrichter (B1, B2) sind gesteuerte Halbleiter, die derart gesteuert sind, daß bei Kurzschluß eine Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgt oder eine unsymmetrische Leistungsaufteilung erreicht ist.The rectifiers of the full-wave rectifiers (B1, B2) are controlled semiconductors that operate in this way are controlled that in the event of a short-circuit the respective line is switched off or an asymmetrical power distribution is achieved.

AnwendungsbeispielApplication example

Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Generators bei Fahrzeugen mit sogen. steer-by-wire oder sogen. brake-by-wire Systemen, welche besonders sichere Bordnetze benötigen, die vorzugsweise zweikreisig aufgebaut sind. Zur getrennten, rückwir­ kungsfreien Versorgung beider Netze lassen sich derartige Generatoren einsetzen.The use of a generator according to the invention in vehicles is particularly preferred with so-called steer-by-wire or so-called. brake-by-wire systems that are particularly safe Need electrical systems, which are preferably constructed in two circuits. For separate, retroactive Generators of this type can be used without supplying both networks.

Claims (1)

1. Generator zur Speisung von Verbrauchern in einem Bordnetz mit einer Klauenpol­ maschine mit zweidrähtiger Statorwicklung für Drehstrom für zwei galvanisch ge­ trennte Statorwicklungen (W1, W2), zwei Schleifringen (S1, S2) zur Zuführung einer Erregungsspannung zur Rotorwicklung (W), mit einem Regler für die Erregungs­ spannung und mit jeweils einem an die jeweilige Statorwicklung (W1, W2) ange­ schlossenen Vollwellengleichrichter (B1, B2) zur Erzeugung von zwei Bordnetzspan­ nungen (UBN1, UBN2) in jeweils einem Teilnetz, dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Regler vorgesehen ist und die beiden Regler (R1, R2) parallel ge­ schaltet sind, wobei die Erregungsspannung von den Reglern (R1, R2) über ein je­ weils eigenes Bürstenpaar über die Schleifringe (S1, S2) zugeführt wird, und die Regler (R1, R2) nach dem 'fail-silent'-Konzept ausgeführt und redundant aus beiden Teilnetzen versorgt sind,
und daß Gleichrichter der Vollwellengleichrichter (B1, B2) gesteuerte Halbleiter sind, die derart gesteuert sind, daß bei Kurzschluß eine Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgt.1.Generator for supplying consumers in an on-board network with a claw-pole machine with two-wire stator winding for three-phase current for two galvanically isolated stator windings (W1, W2), two slip rings (S1, S2) for supplying an excitation voltage to the rotor winding (W), with one Regulator for the excitation voltage and each with a full-wave rectifier (B1, B2) connected to the respective stator winding (W1, W2) for generating two electrical system voltages (U BN1 , U BN2 ) in a sub- network , characterized in that
that a further regulator is provided and the two regulators (R1, R2) are connected in parallel, the excitation voltage being supplied by the regulators (R1, R2) via a respective pair of brushes via the slip rings (S1, S2), and the Controllers (R1, R2) designed according to the 'fail-silent' concept and supplied redundantly from both sub-networks,
and that rectifiers of the full-wave rectifiers (B1, B2) are controlled semiconductors which are controlled in such a way that the respective string is switched off in the event of a short circuit.
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