ES2290564T5

ES2290564T5 - Cableado eléctrico para vehículos con convertidor de tensión

Info

Publication number: ES2290564T5
Application number: ES04003412.6T
Authority: ES
Inventors: Günter Dr.-Ing. Uhl
Original assignee: Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Controls Landau GmbH and Co KG
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2017-04-24
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP2007524541A; KR100870560B1; EP1564862B1; DE502004005073D1; US20070252559A1; WO2005078890A1; CN100413177C; EP1564862A1; CN1918767A; KR20070009998A; EP1564862B2; ES2290564T3

Description

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DESCRIPCION

Cableado electrico para vehiculos con convertidor de tension

La presente invencion se refiere a un circuito o “cableado” electrico para vehiculos a motor. En especial, la invencion se refiere a un nuevo cableado electrico para vehiculos a motor, que permite un arranque mas fiable del motor.

Un cableado electrico de un vehiculo a motor alimenta con electricidad un gran numero de aparatos de mando y componentes de senales. La corriente electrica procede de una bateria como acumulador de energia, o bien de un generador durante el funcionamiento del motor del vehiculo. Desde el cableado electrico del vehiculo se puede alimentar con corriente electrica, a traves de circuitos de consumo individuales, una gran cantidad de aplicaciones diferentes.

Los cableados electricos tradicionales, con una tension electrica de 14 V, se basan en una tension de bateria de 12 V. Los cableados electricos futuros estaran dotados de baterias de 36 Voltios. Durante un periodo de transicion durante el cual se pasara de un sistema de 14 V a un sistema de 42 V, se utilizaran en un mismo vehiculo los dos sistemas en paralelo.

La figura 1 muestra un esquema de un cableado electrico de un vehiculo a motor, configurado de modo convencional. En el cableado -100- representado existe un generador -120-, una bateria -150- y un motor de arranque -110-, conectados en paralelo. Por lo general, la longitud de las conducciones -130- entre el generador -120- y el motor de arranque -110-, asi como entre el generador y la bateria -150-, es de 1 metro. El motor de arranque y el generador estan dispuestos sobre el bloque del motor y estan conectados entre si mediante un cable de poca longitud. Debido a las fluctuaciones de la corriente electrica que aporta el generador, y para transmitir la corriente de arranque, la seccion de la conduccion es de 25 mm2 aproximadamente.

La corriente electrica se conduce a los diferentes circuitos de consumo -160- del cableado electrico del vehiculo a motor mediante un repartidor de corriente -140- o un punto de reparto de corriente tradicional. Cada circuito de consumo -160- alimenta con corriente electrica uno o varios puntos de consumo. Para una longitud de conduccion de un circuito de consumo electrico de 1 m aproximadamente, estas conducciones pueden tener una seccion mas pequena que la seccion de la conduccion -130-, aproximadamente 5 mm2.

Mientras que el motor de arranque -110- tiene un consumo muy elevado, de hasta 300 A, con picos de hasta 600 A, el consumo electrico de todos los demas componentes electricos del cableado electrico del vehiculo es considerablemente menor. Los valores caracteristicos del consumo electrico de los componentes del cableado electrico de un vehiculo van desde aproximadamente 1,5 A para todas las luces de posicion, 3 A para las luces de freno y los intermitentes, 8 A para el limpiaparabrisas, y 8,5 A para las luces de carretera y los faros antiniebla, pasando por los 10 A para las luces de cruce y el ventilador interior de un equipo de climatizacion, 18 A para alimentar del motor con una bomba de combustible y 20 A para la calefaccion de asientos, hasta los calefactores electricos adicionales del tipo PTC (“Positive Temperature Coefficient” (“coeficiente de temperatura positivo”)), cuyo consumo de corriente es del orden de 100 A.

Todos los circuitos de consumo -160- estan asegurados contra cortocircuitos mediante dispositivos protectores de sobrecarga electrica, de forma que el paso de la corriente al circuito electrico correspondiente se interrumpe tan pronto se produce un cortocircuito. De esta manera se evita el sobrecalentamiento de los cables y conectores del circuito en cuestion.

El documento WO-A 02/066293 describe un cableado electrico con bitension, con una bateria de 14 voltios y una bateria de 42 V. Este cableado electrico dispone de un condensador de doble capa que sirve de acumulador principal de energia. Segun una forma de realizacion, se conecta un transformador de corriente continua entre la bateria de 42 V y el condensador de doble capa para desacoplar el condensador y la bateria. Para no tener que utilizar este transformador de corriente continua, segun otra forma de realizacion, el condensador de doble capa se desacopla de la bateria de 42 V de forma tal, que con el cableado electrico solo este conectado el condensador de doble capa, o bien solo la bateria. Para ello, se ha previsto una disposicion de conmutacion con cuatro conmutadores.

El documento US-B-6 325 035 da a conocer un cableado electrico para poner en marcha un motor de combustion interna. La energia procedente de una bateria de baja tension se transforma, mediante un transformador de corriente continua, en una tension superior a 100 V. Con esta tension elevada se carga un condensador de alta capacidad.

El documento US-B-6 481 406 describe un cableado electrico para el motor de arranque de un vehiculo a motor. La tension de una bateria de arranque se transforma entre 12 y 24 V en una tension superior mediante un convertidor-elevador de tension.

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El objeto de la presente invencion es dar a conocer un cableado electrico mejorado para un vehiculo a motor y un procedimiento mejorado para arrancar el motor de un vehiculo.

Este objetivo se consigue con las caracteristicas de las reivindicaciones independientes.

Segun la invencion, una unidad de mando controla la activacion del transformador de tension y la apertura del ruptor. El transformador de tension y el ruptor se pueden controlar adecuadamente cuando se detecta una operacion de arranque inminente. De esta forma, la carga del condensador se realiza poco antes de que comience la operacion de arranque.

La caracteristica especial de la presente invencion es que la energia de arranque para poner en marcha el motor del vehiculo no procede directamente de la bateria, sino de un condensador de alta capacidad. Segun la invencion, el condensador se carga a una tension mas elevada, a fin de aumentar la energia almacenada en el condensador para la operacion de arranque, sin aumentar la capacidad del condensador. Para ello, la tension de la bateria se convierte con un transformador de tension a una tension superior y se hace llegar al condensador solamente durante el procedimiento de carga.

De esta forma se pueden aumentar de modo sencillo las reservas disponibles para la operacion de arranque. El vehiculo se podra arrancar con seguridad, tambien en el caso de que la bateria tenga poca carga. Como alternativa, tambien se puede reducir correspondientemente la capacidad del condensador, de forma que, para una misma cantidad de energia almacenada, el condensador puede tener una capacidad menor.

Preferentemente, el transformador de tension eleva la tension de la bateria, de aproximadamente 12,5 V a aproximadamente 16 V. Con este aumento de la tension se puede aumentar en aproximadamente un 60% la cantidad de energia almacenada en el condensador. Esta elevacion a 16 V tiene ademas la ventaja de que un aumento de tension de esta magnitud no genera problemas en los demas componentes electricos del cableado electrico. Un aumento mayor de la tension, en cambio, podria afectar a la seguridad de funcionamiento de otros componentes del cableado electrico.

Para determinar si es inminente una operacion de arranque, se detecta si hay una puerta abierta con el motor parado, preferentemente, si esta abierta o cerrada la puerta del conductor. De esta forma queda tiempo suficiente para cargar el condensador, incluso si la bateria tiene poca carga, y permitir una operacion de arranque segura.

Segun otra forma de realizacion preferente, la operacion de carga del condensador se realiza en funcion de la posicion de la llave de arranque. Preferentemente, cuando se introduce la llave de contacto en la cerradura de encendido, o bien cuando la llave de contacto esta en la posicion de “encendido”.

Preferentemente, el ruptor solo se cierra cuando el motor se ha puesto en marcha, o bien cuando el generador genera electricidad. Para ello, preferentemente, se controla la tension del generador y se cierra el ruptor segun la magnitud de la tension del generador, por ejemplo, cuando se llega a un determinado valor de la tension. De esta manera, se puede determinar de modo seguro que el motor ha arrancado, y concluir la operacion de arranque.

Otras formas de realizacion ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

A continuacion, se explica la presente invencion en base a formas de realizacion preferentes y en relacion con los dibujos adjuntos. En los dibujos:

- la figura 1 muestra la configuracion de un cableado electrico tradicional de un vehiculo a motor;

- la figura 2 muestra la configuracion de un cableado electrico de un vehiculo a motor, segun la invencion;

- la figura 3 muestra una configuracion detallada de un cableado electrico de un vehiculo a motor, segun la invencion; y

- la figura 4 muestra una conmutacion electrica sustitutiva para una bateria tradicional de automovil.

La figura 2 muestra esquematicamente la configuracion de un cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la invencion. Un motor de arranque -110- y un generador -120- estan conectados mediante conducciones -220- independientes con un distribuidor electronico de corriente -210-. Existe una bateria -150- que tambien esta conectada al distribuidor electronico de corriente mediante una conduccion -240-. Mientras que el generador -120- aporta energia electrica al cableado electrico -200- del vehiculo durante el funcionamiento del motor del vehiculo, la bateria -150- almacena durante el funcionamiento del motor la energia generada por el generador -120-. Para poner en marcha el motor del vehiculo, mediante una reaccion quimica se genera en la bateria -150- la energia electrica que se envia al motor de arranque -110-.

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El distribuidor de corriente -210- conmuta de modo controlable cada circuito de consumo -230- del cableado electrico del vehiculo a motor.

Contrariamente a lo que ocurre en los cableados electricos -100- convencionales de vehiculos a motor, en el cableado -200-, segun la invencion, la bateria -150- puede estar situada en cualquier lugar del vehiculo que se desee, sin que sea necesario utilizar conducciones de conexion con seccion grande. Mientras que en un cableado electrico -100- convencional, segun la figura 1, la conduccion -130- de longitud Lzul1 posee una seccion de 25 mm2, las conducciones -220-, segun la invencion, solamente tienen, para la misma longitud, una seccion de aproximadamente 5 mm2. Los circuitos de consumo que parten del punto de distribucion de corriente, para una longitud Lzul2 de aproximadamente un metro, tienen una seccion de 5 mm2.

Cuando la bateria -150- se dispone cerca del punto -140- de distribucion de corriente en el compartimiento del motor, la conexion electrica entre la bateria y el punto de distribucion de corriente, para una longitud Lzul3 de hasta un maximo de aproximadamente 1 m, tambien tiene una seccion de aproximadamente 5 mm2.

Como alternativa, la bateria y el punto de distribucion de corriente estan dispuestos en la parte trasera del vehiculo. Con esta disposicion, todas las conducciones de conexion con el punto -140- de distribucion de corriente, o bien con la bateria -150-, son mucho mas largas en un cableado electrico -100- convencional. Tambien es necesario aumentar la seccion de las conducciones, que al ser mas largas tienen una resistencia mayor, a fin de evitar que las conducciones se calienten. Por este motivo, en el modo tradicional, para una longitud Lzul1 de aproximadamente 4 m, la seccion de las conducciones -130- aumenta hasta aproximadamente 95 mm2, mientras que, para una longitud Lzul2 de hasta aproximadamente 5 m, la seccion de las conducciones de consumo -160- aumenta hasta aproximadamente 25 mm2.

Segun la invencion, estas secciones se pueden reducir considerablemente. Para ello, el distribuidor electronico de corriente -210- y la bateria -150- se disponen espacialmente separados. Al mismo tiempo, se transfiere al distribuidor electronico de corriente -210- la funcion de compensacion de las fluctuaciones de tension del generador -120- que cumple una bateria tradicional. Con esta configuracion, todas las conducciones pueden tener una seccion de aproximadamente 5 mm2, con una longitud de hasta aproximadamente 1 m. Solo es necesario disponer de una conduccion mas larga entre el distribuidor electronico de corriente -210- y la bateria -150- cuando dicha bateria -150- se dispone en la parte trasera del vehiculo, mientras que el distribuidor electronico de corriente -210- se deja en el compartimiento del motor del vehiculo. Hasta una longitud Lzul3 de aproximadamente 4 m, la seccion de la conduccion es de aproximadamente 25 mm2.

Por medio de un control activo de la corriente para controlar el funcionamiento seguro en el distribuidor de corriente -210-, segun la invencion, es posible reducir aun mas las secciones de las conducciones, en funcion de cada aplicacion. El control activo de la corriente que circula por un circuito de consumo -230- permite desconectar el circuito de consumo en determinadas condiciones de funcionamiento a lo largo del tiempo, en especial cuando se supera con rapidez un valor predeterminado.

En cambio, la seccion de las conducciones tradicionales se suele ajustar al doble de la intensidad de corriente nominal, a fin de que el circuito de consumo pueda absorber sin sobrecarga termica breves picos de intensidad. El control de la corriente, segun la invencion, mediante una unidad de mando controlada por un microprocesador, permite adaptar de modo mas exacto el funcionamiento en cortocircuito y la proteccion de sobrecarga frente a breves picos de sobrecarga. Con ello, se puede reducir de modo sencillo la seccion del cableado electrico de un vehiculo a motor y, consecuentemente, el peso y el coste del mismo.

La figura 3 muestra otros detalles del cableado electrico, segun la invencion. En la forma de realizacion que muestra la figura 3, la bateria -150- esta situada, preferentemente, en la parte trasera del vehiculo.

El distribuidor electronico de corriente -210- comporta una serie de conmutadores semiconductores -410- que conectan de modo controlable cada circuito de consumo -412- con el cableado electrico del vehiculo a motor, es decir, conectan o desconectan la alimentacion de corriente para cada circuito de consumo. Se utilizan, en especial, conmutadores semiconductores con Smart-Power-Control (“control inteligente de corriente”). Un conmutador semiconductor de esta clase, por ejemplo, el modulo 98 0268 de la sociedad “International I.R. Rectifier”, mide la corriente que circula por el circuito de consumo conectado al mismo. En dicho modulo semiconductor, se hace salir por una conexion separada una corriente proporcional a la corriente medida. La corriente medida en cada conmutador semiconductor -410- se hace llegar a un controlador -440- del distribuidor electronico de corriente. Este controlador, que esta contenido en el distribuidor electronico de corriente -210-, o bien es independiente del mismo, controla por separado la corriente permitida para cada circuito de consumo.

En el controlador -440- se puede ajustar, preferentemente por separado, el valor de la intensidad de corriente admisible para cada circuito de consumo -412-. Segun una forma de realizacion preferente, se preven en el controlador -440- diferentes valores de intensidad de corriente y diferentes caracteristicas de disparo, que se pueden seleccionar por separado para cada circuito de consumo -412-. Tan pronto la corriente medida en un circuito de

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consumo -412- supera el valor maximo fijado para dicho circuito, teniendo en cuenta una sobreintensidad permitida, el controlador -440- hace que el conmutador semiconductor -410- interrumpa la conexion electrica.

Dichos conmutadores semiconductores permiten operaciones de desconexion reversibles, de forma que se puede hacer que el circuito de consumo vuelva a funcionar, por ejemplo, sin tener que cambiar un fusible. Ademas, el control activo de la corriente permite una reaccion rapida en caso de cortocircuito. Por ello, las corrientes de cortocircuito muy elevadas solo circulan durante unos pocos milisegundos. En consecuencia, las conducciones y los conectores del circuito de consumo en cuestion no necesitan estar configurados para cortocircuitos en los que circula una corriente elevada durante un tiempo notablemente mayor.

Gracias al control “inteligente” de cada corriente de consumo en el controlador -440-, se pueden permitir breves sobrecargas sin interrumpir la conexion electrica de alimentacion del circuito de consumo. De esta manera, se puede conformar el funcionamiento de forma individualizada, en especial, adaptandolo a las funciones y al consumo electrico (y a las breves sobrecorrientes) de cada circuito de consumo. Para ello, se deben tener en cuenta las breves sobrecorrientes producidas durante la puesta en marcha de un motor, o bien cuando se conectan luces, calefactores, etc.

La funcion de proteccion debe evitar que en los circuitos de corriente de consumo se produzcan sobrecorrientes o cortocircuitos que conduzcan a una sobrecarga termica de las conducciones y de los conectores. La sobrecarga termica es consecuencia de la energia que se transforma, es decir, la intensidad de corriente multiplicada por el tiempo durante el cual circula dicha corriente. Puede ser perfectamente permisible dejar que por un circuito de consumo circule durante un segundo una corriente de intensidad diez veces superior a la nominal, sin que se produzcan danos. El controlador -440- debe reconocer como inocua una sobrecorriente de esta clase. En cambio, ante una sobrecorriente de este tipo, un fusible actuaria interrumpiendo irreversiblemente la corriente (hasta que se reemplazara el fusible).

Las sobrecorrientes breves, de intensidad varias veces superior a la nominal, se producen, por ejemplo, cuando se conecta un motor electrico. Cuando se pone en marcha un motor electrico, es posible que inicialmente el rotor este algo agarrotado o que gire con dificultad, especialmente cuando la temperatura ambiente es baja. Durante un periodo de varios 100 ms se produce una intensidad de corriente electrica varias veces superior a la intensidad nominal. Tambien en los calefactores adicionales, que se utilizan para calentar el aire insuflado al interior del vehiculo a motor, se pueden presentar durante unos 10 segundos intensidades del doble de la corriente nominal. Estas sobrecorrientes no representan un problema para las conducciones y los conectores, ya que son de muy breve duracion.

Los fusibles convencionales generalmente estan ajustados para una intensidad del doble de la corriente nominal. No obstante, un fusible convencional aceptaria una sobrecorriente permanente de 1,8 veces el valor nominal. Por el contrario, una proteccion electronica, segun la presente invencion, puede reconocer una sobrecorriente de esta clase e interrumpir la conexion electrica cuando se supera un determinado tiempo, por ejemplo, 10 segundos. Por ello, cada circuito de consumo se puede dimensionar en funcion de la intensidad nominal real, porque las secciones de las conducciones y los conectores no necesitan resistir prolongadamente el doble de la corriente nominal.

Mediante un sensor de temperatura adicional, tambien se puede adaptar el controlador -440-, segun la invencion, a la temperatura ambiente existente. Gracias a un mejor enfriamiento, a temperaturas bajas se pueden permitir intensidades de corriente superiores. De esta manera, la deteccion de sobrecorrientes y la desconexion de un circuito de consumo se realizan, preferentemente, en funcion de la temperatura, es decir, segun una forma de realizacion preferente, mediante una correlacion prefijada entre los limites maximos de intensidad de corriente y la temperatura ambiente medida.

Segun otra forma de realizacion preferente, el controlador tambien puede desconectar un circuito de consumo -412- como respuesta a una senal externa. Por ejemplo, se pueden detectar mediante sensores independientes las averias de los componentes de un circuito de consumo y evitar a tiempo el peligro que dichas averias comportan para el vehiculo a motor.

A titulo de ejemplo, en la figura 3 se representan como componentes consumidores de electricidad un calefactor PTC -510- y un distribuidor de corriente -520- descentralizado. El distribuidor de corriente -520- descentralizado, mediante una serie de conmutadores semiconductores -525-, tambien puede conectar y desconectar circuitos de consumo dependientes. Estos circuitos de consumo se muestran solo como ejemplos. Para los especialistas es logico que cada componente de un vehiculo a motor que consume electricidad pueda ser controlado directamente a traves de un circuito de consumo -412- de este tipo, o bien indirectamente mediante un distribuidor de corriente -520- descentralizado.

Segun la invencion, en el distribuidor de corriente electrica -510- se ha previsto un condensador -400- de alta capacidad, conectado en paralelo con el generador -120- y la bateria -150-. El condensador -400- es de alta capacidad y tamano reducido. Para los vehiculos a motor se utilizan, preferentemente, capacidades de 450 a 600 F.

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Hoy en dia, los condensadores de doble capa incluso pueden llegar a tener capacidades de varios miles de Faradios.

Los condensadores de doble capa alcanzan una concentracion de energia muchas veces superior a la de los condensadores electroliticos de aluminio, y una concentracion de potencia varias veces superior a la de las baterias de plomo. Mientras que en las baterias la energia electrica se almacena electroquimicamente, en los condensadores se almacena directamente en forma de cargas positivas o negativas sobre las placas del condensador. Para ello, no es necesaria una reaccion quimica en las superficies de los electrodos. Estos condensadores de doble capa, por ejemplo los condensadores de doble capa denominados “UltraCap” de la empresa EPCOS, almacenan y devuelven la energia electrica con un rendimiento elevado. Al contrario de las baterias, pueden ser cargados y descargados sin desgaste con intensidades de corriente elevadas. Ademas, funcionan con seguridad tambien a temperaturas muy reducidas y valores de tension bajos. Suministran de modo inmediato potencias elevadas, con muy pocas perdidas, para corrientes de descarga de hasta 400 A.

Mediante la conexion en paralelo de un condensador -400- de alta capacidad con el generador -120- y la bateria de arranque -51-, se consiguen varias ventajas. La operacion de arranque ya no se realiza mediante la bateria -150-, sino mediante el condensador -400- de alta capacidad. Antes de que se ejecute la operacion de arranque, la bateria -150- carga el condensador -400-. Acto seguido, el condensador -400- alimenta el motor de arranque -110-. De este modo, la operacion de arranque es mas segura, ya que el condensador puede aportar una gran cantidad de energia, tambien durante poco tiempo a bajas temperaturas. Los vehiculos a motor convencionales, en cambio, con frecuencia tienen problemas de arranque a temperaturas bajas, ya que las reacciones quimicas que tienen lugar en la bateria -150- no permiten intensidades de corriente elevadas.

Segun una forma de realizacion de la invencion especialmente ventajosa, se puede perfeccionar el funcionamiento del arranque aumentando la energia almacenada en el condensador sin aumentar su capacidad. Para ello, segun la invencion, para preparar el arranque se conecta un transformador de tension -310- entre la bateria -150- y el condensador -400-. El transformador de tension -310- convierte la tension suministrada por la bateria -150- en una tension mas elevada. De esta manera, sin modificar su capacidad, el condensador puede almacenar una cantidad de energia mucho mayor. La energia almacenada en el condensador se puede calcular mediante la ecuacion siguiente:

E = 1/2 ■ C ■ U2.

Al mismo tiempo, en paralelo con el transformador de tension -310-, existe un ruptor -320- conectado en la conduccion electrica entre la bateria -150- y el condensador -400-. El ruptor corta la conexion electrica directa entre la bateria y el condensador, de forma que se puede suministrar al condensador una tension mucho mas elevada.

Mediante el dispositivo -300-, segun la invencion, que comporta un transformador de tension y un ruptor, se puede aumentar considerablemente de modo sencillo la energia disponible para la operacion de arranque. De esta manera, sigue siendo posible arrancar el vehiculo a motor aunque la bateria ya solo tenga escasas reservas de energia.

A continuacion se describe, a titulo de ejemplo, una operacion de arranque en la que se utiliza el transformador de tension, segun la invencion.

Cuando el vehiculo no esta en funcionamiento, es decir, con el motor parado y el encendido desconectado, el transformador de tension -310- (convertidor CC/CC) esta desconectado, y la conexion electrica entre el distribuidor -210- de corriente electrica y la bateria -150- se efectua mediante el conmutador -320-. De esta manera, el condensador -400- esta conectado en paralelo a la bateria -150- y se carga con la tension de la bateria Ubat. En los cableados electricos convencionales esta tension es de aproximadamente 12,5 V, y en los cableados electricos futuros de 42 V.

Antes del arranque del motor de combustion interna, se activa el transformador de tension -310- y al mismo tiempo se abre el conmutador -320-. Preferentemente, en caso necesario, se desconectan determinados circuitos de consumo mediante el distribuidor -210- de corriente electrica. En especial, se desconectan aquellos circuitos de consumo -412- que tienen un consumo electrico elevado. Segun una forma especial de realizacion, tambien se puede realizar esta desconexion mediante el controlador -440-, en funcion del valor de la tension de la bateria, a fin de garantizar un arranque seguro cuando la bateria tiene poca carga.

El transformador de tension genera una tension de salida que se aplica al condensador, de manera que esta tension de salida sea superior a la tension de la bateria. Cuando la tension de la bateria es de 12,5 V, la tension superior de salida es, por ejemplo, 16 V. Asi pues, esta tension es 3,5 V superior a la tension de la bateria, por lo que aumenta correspondientemente la carga del condensador. De esta forma, la energia almacenada en el condensador es aproximadamente un 60% superior a la que tendria con la tension de carga convencional de 12,5 V.

De esta forma, aunque la bateria tenga poca carga y su tension sea inferior a 12,5 V, se dispone de una reserva de energia suficiente para la operacion de arranque. Si el transformador de tension siempre carga el condensador -400-

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con una tension de 16 V, siempre se dispondra de la misma cantidad de energia para el arranque, independientemente de la potencia que tenga de la bateria.

La ventaja que se consigue con el transformador de tension se puede aprovechar para conseguir una mayor reserva de energia para el arranque, o bien para reducir la capacidad del condensador. Con la misma cantidad de energia almacenada sera suficiente una menor capacidad del condensador -400- para un arranque seguro.

En cableados electricos convencionales se puede conseguir un aumento adicional de la cantidad de energia en el condensador -400- si se aumenta la tension de carga a mas de 16 V. La limitacion a una tension de carga de 16 V posee la ventaja de que el aumento de tension no conduce a dificultades con otros componentes electricos del cableado electrico. Hoy en dia, todos los componentes electricos y electronicos de un cableado electrico de un vehiculo a motor estan disenados para un maximo de 16 V. Por ello, la tension de carga del condensador -400- se ajusta, preferentemente, a la configuracion de los componentes electricos del cableado y a la propia resistencia a la tension del condensador. En los futuros cableados electricos, con una tension de sistema de 42 V, el condensador se podra cargar a una tension considerablemente superior, siempre que los demas componentes electricos soporten un breve aumento de la tension.

Como alternativa, cuando la tension del transformador es especialmente elevada, se puede evitar cualquier problema con otros componentes del cableado electrico y realizar un arranque especialmente seguro, si mediante los conmutadores semiconductores -410- se desconectan todos los demas circuitos de consumo y componentes electricos.

La carga del condensador se realiza con tiempo, antes del comienzo del arranque. Para iniciar el proceso de carga del condensador -400- se pueden utilizar diferentes iniciadores. Por ejemplo, el conductor puede iniciar la carga cuando introduce la llave de contacto, o bien cuando la cerradura de encendido se coloca en la posicion de “encendido”. Como alternativa, el proceso de carga puede ser iniciado por la apertura de una puerta del vehiculo. Para ello, se puede detectar la apertura de cualquiera de las puertas del vehiculo, o bien la apertura de la puerta del conductor, utilizando la senal de deteccion para iniciar la carga. Cuando se utiliza la puerta del vehiculo como iniciador del comienzo de la carga, se dispone de mas tiempo que cuando se detecta la posicion de la llave de encendido.

Cuando la llave de contacto se coloca en la posicion “arranque”, se desconecta el transformador de tension. El ruptor -320- permanece abierto mientras dura el arranque. Una vez que el motor de combustion interna funciona autonomamente, se cierra el ruptor -320- y el cableado electrico vuelve a una tension de aproximadamente 12,5 V.

El condensador -400- no solo permite mejorar la operacion de arranque, sino que tambien puede cumplir la funcion de amortiguacion de una bateria convencional -150-. La figura 4 muestra un diagrama electrico sustitutivo de una bateria -150- convencional.

El diagrama electrico -600- sustitutivo de la bateria -150- muestra que la bateria no solo tiene la funcion de un acumulador quimico de energia -610-, sino que tambien cumple la funcion de un condensador amortiguador -620-. Este efecto de condensador es consecuencia de la configuracion interna de la bateria de plomo.

El efecto de condensador de una bateria convencional se utiliza hasta ahora para amortiguar las fluctuaciones de tension procedentes del generador -120-.

Cuando el motor del vehiculo esta en marcha, el generador -120- genera corriente alterna que se convierte mediante diodos en corriente continua. En los actuales cableados electricos de vehiculos a motor, la bateria -150- esta espacialmente dispuesta de forma que se encuentra entre el generador -120- y los componentes electricos de los circuitos de consumo -412-. Sobre todo debido a la combinacion de la capacidad de bateria CBat y la resistencia Rzul1 de la conduccion electrica entre el generador -120- y la bateria -150-, se forma un filtro de tensiones. Este filtro amortigua las fluctuaciones de tension de la corriente generada por el generador.

Segun la invencion, el condensador -400- de alta capacidad se hace cargo de esta funcion.

Los cableados de a bordo convencionales estan configurados de forma que por las conducciones electricas entre el generador y la bateria pueden circular intensidades de corriente elevadas para equilibrar las fluctuaciones de tension, en cambio, segun la invencion, las funciones de almacenamiento de energia y amortiguacion de energia se ejecutan por componentes separados del cableado electrico del vehiculo. El condensador -400- se hace cargo de la amortiguacion de las fluctuaciones de tension, mientras que la bateria -150- almacena la energia para el arranque. De esta manera, se puede situar facilmente la bateria alejada del generador y del distribuidor de corriente, sin que sea necesario el coste convencional de una conexion electrica -240- con la bateria. Al contrario, tal como se ha descrito en relacion con la figura 2, se pueden reducir considerablemente las secciones de las conducciones. De esta manera, los cableados electricos de los vehiculos a motor son mas livianos y economicos.

La funcion de amortiguacion se consigue disponiendo en orden, uno tras otro, el generador, la bateria, el distribuidor de corriente y los componentes electricos, en combinacion con el filtro de tensiones formado. Este filtro de tensiones se forma por la resistencia Rzuli de la conduccion entre el generador y la bateria, por una parte, y la capacidad Cgat de la bateria, por otra. Ademas, una seccion de conduccion menor conduce a una resistencia Rzuli mayor, con lo que 5 mejora el efecto de filtro, debido a la formula de la constante de tiempo “Tau” del filtro:

Tau = Rzuii ■ Csat

Como resumen, el nuevo cableado electrico para vehiculos a motor, segun la invencion, presenta muchas ventajas 10 respecto a los cableados electricos convencionales. La bateria de arranque ya no realiza la funcion de arranque, soporta una menor sobrecarga de impulso y corriente ya que solo debe cumplir los requisitos relativos a su comportamiento a temperaturas bajas, y puede ser una bateria con una menor capacidad de almacenamiento. Mediante un transformador de tension se puede aumentar la energia y, de esta forma, la seguridad de la operacion de arranque. Las conducciones tienen secciones mas pequenas, de forma que se obtienen ventajas de coste y de 15 peso, en especial cuando la bateria se dispone en la parte trasera del vehiculo.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Cableado electrico para un vehiculo a motor, con un generador (120), una bateria (150), un motor de arranque (110), un condensador (400) de alta capacidad para almacenar energia electrica para la operacion de arranque de un motor del vehiculo, un transformador de tension (310) y un ruptor (320), donde el transformador de tension (310) y el ruptor (320) estan dispuestos conectados en paralelo en la conexion entre el condensador (400) y la bateria (150), caracterizado porque el cableado electrico del vehiculo a motor comprende ademas una unidad de mando (440) que controla el transformador de tension (310) y el ruptor (320) para preparar la operacion de arranque del motor del vehiculo, adaptada para efectuar durante un breve tiempo, anterior a la operacion de arranque, una activacion del transformador de tension (310) para convertir la tension (UBat) de la bateria (150) en una tension mas elevada y una desconexion de la conexion electrica directa entre la bateria (150) y el condensador (400) mediante apertura del ruptor (320) para cargar el condensador (400).
2. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la reivindicacion 1, en la que la tension (Ugat) de la bateria (150) en estado de carga es del orden de aproximadamente 12,5 V y el transformador de tension (310) eleva la tension (UBat) de la bateria (150) en varios voltios, preferiblemente, hasta aproximadamente 16 V.
3. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la reivindicacion 2, en el que la unidad de mando (440), dependiendo de la deteccion de una posicion abierta de una puerta del vehiculo, activa el transformador de tension (310) y abre el ruptor (320).
4. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la reivindicacion 3, en el que la unidad de mando (440) esta conectada a un sensor para detectar la posicion abierta o cerrada de la puerta del conductor.
5. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun una de las reivindicaciones 3 o 4, en el que la unidad de mando (440), dependiendo de la deteccion de la posicion de la llave de contacto, activa el transformador de tension (310) y abre el ruptor (320).
6. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la reivindicacion 5, en el que la unidad de mando (440), cuando detecta la posicion “encendido” de la llave de contacto, activa el transformador de tension (310) y abre el ruptor (320).
7. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun una de las reivindicaciones 3 a 6, en el que la unidad de mando (440) desactiva el transformador de tension (310) cuando el ruptor (320) esta abierto, tan pronto se inicia la operacion de arranque del motor del vehiculo.
8. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun una de las reivindicaciones 3 a 7, en el que la unidad de mando (440) cierra el ruptor (320) tan pronto concluye con exito la operacion de arranque.
9. Cableado electrico para un vehiculo a motor, segun la reivindicacion 8, en el que la unidad de mando (440) controla la tension del generador (120) y, segun el valor de la tension del generador (120), cierra el ruptor (320).
10. Procedimiento para poner en marcha un motor de un vehiculo con un cableado electrico del vehiculo que comprende un generador (120), una bateria (150), un motor de arranque (110), un condensador (400) de alta capacidad para almacenar energia electrica para la operacion de arranque del motor del vehiculo, con los siguientes pasos:

- Deteccion de una operacion de arranque inminente, durante la cual el motor del vehiculo es puesto en marcha por medio del motor de arranque (110),

- Desconexion de una conexion electrica directa entre la bateria (150) y el condensador (400) de alta capacidad y

- Carga del condensador (400) de alta capacidad, en la que la tension (UBat) de la bateria (150) se transforma en una tension mas elevada mediante un transformador de tension (310), y

- Alimentacion del motor de arranque (110) para poner en marcha el motor del vehiculo, con energia procedente del condensador (400) de alta capacidad.
11. Procedimiento, segun la reivindicacion 10, en el que, para determinar la inminencia de una operacion de arranque, se detecta la posicion abierta de una puerta del vehiculo.
12. Procedimiento, segun la reivindicacion 11, en el que se detecta la posicion abierta de la puerta del conductor.
13. Procedimiento, segun una de las reivindicaciones 10 a 12, en el que, para determinar la inminencia de una operacion de arranque, se detecta la posicion de la llave de contacto.
14. Procedimiento, segun la reivindicacion 13, en el que se detecta la posicion “encendido” de la llave de contacto.
15. Procedimiento, segun una de las reivindicaciones 10 a 14, en el que la transformacion de la tension (UBat) de la bateria (150) a una tension mas elevada se concluye tan pronto se activa el motor de arranque (110).
16. Procedimiento, segun una de las reivindicaciones 10 a 15, en el que se conecta electricamente la bateria (150) al generador tan pronto el motor del vehiculo funciona autonomamente.

5 17. Procedimiento, segun la reivindicacion 16, en el que se determina si el motor del vehiculo funciona

autonomamente en funcion del valor de la tension del generador (120).