DE19961435A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überspannungsschutz in Zweispannungsbordnetzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Überspannungsschutz in ZweispannungsbordnetzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überspannungsschutz in Zweispannungsbordnetzen (1), die ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen, wobei in mindestens einem Zweig des Bordnetzes auf dem höheren Spannungsniveau ein Schaltelement (S1, S2) angeordnet ist und im Bordnetz auf dem niedrigen Spannungsniveau eine Spannungsmeßeinheit (3) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (S1, S2) durch die Spannungsmeßeinheit (3) schaltbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überspannungsschutz
in Zweispannungsbordnetzen.
Derartige Zweispannungsbordnetze sind beispielsweise aus der Kraftfahrzeugtechnik
bekannt. Aufgrund der zunehmenden Anzahl von elektrischen Verbrauchern reicht
oftmals eine einzige Spannungsversorgung nicht mehr aus. Des weiteren kommen
elektrische Verbraucher zur Anwendung, die entweder eine höhere
Betriebsspannung und/oder höhere elektrische Leistungen benötigen, so daß
Zweispannungsbordnetze entwickelt wurden, die ein unterschiedliches
Spannungsniveau von beispielsweise 14 V und 42 V aufweisen. Weiter ist es bekannt,
diese Bordnetze über einen DC/DC- Wandler zu verbinden, damit diese
beispielsweise über einen gemeinsamen Generator versorgbar sind. Prinzipielles
Problem derartiger Zweispannungsbordnetze ist, daß die elektrischen Verbraucher
im Bordnetz mit dem niedrigen Spannungsniveau gegen statische Überspannungen
aufgrund eine Kurzschlusses zwischen den beiden Bordnetzen geschützt werden
müssen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die elektrischen
Verbraucher im Bordnetz mit dem niedrigen Spannungsniveau mit entsprechenden
Überspannungschutzelementen, die auf die Spannung im anderen Bordnetz
ausgelegt sind, ausgebildet sind. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, daß somit
alle elektrischen Verbraucher, die bisher in Bordnetzen mit einem niedrigen
Spannungsniveau eingesetzt wurden, modifiziert werden müßten.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zu schaffen, mittels derer einfacher die elektrischen Verbraucher in
dem Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau vor Überspannungen aufgrund
des anderen Bordnetzes geschützt sind.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den
Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu wird in mindestens einem Zweig des Bordnetzes auf dem höheren
Spannungsniveau ein Schaltelement angeordnet und im Bordnetz auf dem
niedrigeren Spannungsniveau eine Spannungsmeßeinheit angeordnet, die bei
Erfassung einer Überspannung über das oder die Schaltelemente Spannungszweige
im Bordnetz mit dem höheren Spannungsniveau abschalten kann und somit die
Ursache für die Überspannung beseitigen kann.
Die Schaltelemente können entweder in allen sicherheitsunkritischen Zweigen
angeordnet werden oder nur in den Zweigen, wo aufgrund der Verdrahtung ernstlich
die Gefahr von Kurzschlüssen mit dem anderen Bordnetz auftreten kann.
Die Spannungsmeßeinheit kann entweder über Steuerleitungen oder einen CAN-
Bus oder andere Bussysteme mit den Schaltelementen verbunden sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei der die beiden Bordnetze über
einen DG/DC- Wandler galvanisch miteinander verbunden sind, wird die
Spannungsmeßeinheit vorzugsweise in den DC/DC- Wandler integriert.
Die Schaltelemente sind vorzugsweise als Halbleiterschaltelemente, insbesondere
als MOS-FET's ausgebildet.
Verfahrensmäßig wird die Spannung im Bordnetz mit dem niedrigeren
Spannungsniveau gemessen und bei Erfassung einer Überspannung werden über
die Schaltelemente Zweige im Bordnetz mit der höheren Spannung sukzessive
abgeschaltet, bis keine Überspannung mehr auftritt.
Insbesondere bei Zweigen, die getrennt voneinander abgesichert werden müssen,
wie beispielsweise die linke und rechte Seite der Fahrzeugbeleuchtung werden diese
nacheinander abgeschaltet, wobei der eine Zweig erst wieder zugeschaltet wird,
bevor der andere abgeschaltet wird, so daß jeweils ein Zweig betriebsbereit bleibt.
Tritt nämlich nach Abschaltung des ersten Zweiges die Überspannung weiterhin auf,
so ist dieser Zweig nicht die Ursache für die Überspannung, so daß dieser wieder
zugeschaltet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schaltplan eines
Zweispannungsbordnetzes mit Überspannungsschutz.
Das Zweispannungsbordnetz 1 umfaßt eine erste Spannungsquelle U1 und eine
zweite Spannungsquelle U2, wobei U2 < U1 gilt. Zwischen den beiden
Spannungsquellen U1, U2 ist ein DG/DC- Wandler 2 angeordnet, über den die
Bordnetze trotz der unterschiedlichen Spannungsniveaus verbindbar sind. In dem
ersten Bordnetz mit der Spannungsquelle U1 sind erste elektrische Verbraucher R4
und in dem zweiten Bordnetz mit der Spannungsquelle U2 sind zweite elektrische
Verbraucher R1-R3 in verschiedenen Zweigen angeordnet. In dem Zweig der
elektrischen Verbraucher R1 und R2 ist jeweils ein Schaltelement S1 bzw. S2
angeordnet. In dem ersten Bordnetz ist eine Spannungsmeßeinheit 3 angeordnet,
die die Spannung im ersten Bordnetz mißt. Die Spannungsmeßeinheit 3 ist mit den
Steuereingängen der Schaltelemente S1 und S2 verbunden. Die elektrischen
Verbraucher R3, in deren Zweig keine Schaltelemente angeordnet sind, sind
beispielsweise sicherheitskritische Verbraucher wie eine elektrische Lenkung oder
eine elektrische Bremse, die nicht abgeschaltet werden dürfen. Des weiteren
müssen in Zweigen, die aufgrund ihrer Anordnung weit vom ersten Bordnetz entfernt
sind, keine Schaltelemente angeordnet sein.
Die Spannungsmeßeinheit 3 mißt kontinuierlich die Spannung im ersten Bordnetz.
Tritt nun beispielsweise ein Kurzschluß zwischen dem Zweig des Verbrauchers R1
und dem des Verbrauchers R4 auf, so erfaßt die Spannungsmeßeinheit 3 die
Überspannung im ersten Bordnetz. Daraufhin schaltet die Spannungsmeßeinheit 3
das erste Schaltelement S1, so daß dieses öffnet bzw. sperrt und den Zweig von R1
abschaltet. Im dargestellten Beispiel ist somit die Ursache für die Überspannung
beseitigt.
Ergibt hingegen die Messung der Spannungsmeßeinheit 3, daß noch weiter eine
Überspannung auftritt, so wird das nächste Schaltelement S2 geöffnet, bis keine
Überspannung mehr auftritt. Hierbei kann zunächst das zuvor geöffnete
Schaltelement S1 wieder geschlossen werden, bevor das Schaltelement S2 geöffnet
wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei Verbrauchern, die getrennt
abgesichert werden müssen vorteilhaft, da jeweils einer der Verbraucher aktiv bleibt.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Überspannungsschutz in Zweispannungsbordnetzen, die ein
unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß
in mindestens einem Zweig des Bordnetzes auf dem höheren Spannungsniveau
ein Schaltelement (S1, S2) angeordnet ist und im Bordnetz auf dem niedrigen
Spannungsniveau eine Spannungsmeßeinheit (3) angeordnet ist, wobei das
Schaltelement (S1, S2) durch die Spannungsmeßeinheit (3) schaltbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in allen
sicherheitsunkritischen Zweigen des Bordnetzes auf dem höheren
Spannungsniveau ein Schaltelement angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannungsmeßeinheit (3) über ein Bussystem mit den Schaltelementen (S1, S2)
verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Bordnetze über einen DG/DC- Wandler (2)
verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannungsmeßeinheit im DC/DC- Wandler (2) integriert ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1, S2) als Halbleiterschaltelemente
ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterschaltelemente als MOS-FET's ausgebildet sind.
8. Verfahren zum Überspannungsschutz in Zweispannungsbordnetzen (1), die ein
unterschiedliches Spannungsniveau aufweisen, umfassend folgende
Verfahrensschritte:
- a) Messen der Spannung im Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau und
- b) sukzessives Abschalten von Spannungszweigen im Bordnetz mit dem höheren Spannungsniveau, wenn im Bordnetz mit dem niedrigeren Spannungsniveau eine Überspannung erfaßt wird, solange bis keine Überspannung mehr erfaßt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgeschalteter
Spannungszweig wieder zugeschaltet wird, falls nach dessen Abschaltung
weiterhin eine Überspannung erfaßt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschaltete
Spannungszweig wieder zugeschaltet wird, bevor der nächste Spannungszweig
abgeschaltet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
bestimmte Spannungszweige gleichzeitig abgeschaltet werden und sukzessive
wieder zugeschaltet werden.
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