ES2295874T3 - Red de a bordo multitension con un motor generador multitension. - Google Patents
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Abstract
Red de a bordo de vehículo de motor con un motor generador multitensión (1, 2, 3), que comprende un motor eléctrico (1), un regulador (2) y un vibrador de impulso (3), para la alimentación eléctrica de una primera red parcial (11) con al menos un primer consumidor (6) al que se ha aplicado una primera tensión nominal (42 V), y de una segunda red parcial (12) con al menos un segundo consumidor (8) al que se ha aplicado una segunda tensión nominal (14 V), y un convertidor CC/CC asociado al motor generador multitensión (1, 2, 3) y un aparato de control (9), caracterizada porque la primera red parcial (11) está alimentada con una tensión variable (> 14 V).
Description
Red de a bordo multitensión con un motor
generador multitensión.
La invención se refiere a una red de a bordo de
vehículo de motor con un motor generador multitensión (generador de
arranque) conforme al preámbulo de la reivindicación 1.
Las redes de a bordo multitensión comprenden
normalmente una primera red parcial con una tensión nominal baja
(por ejemplo 14 V), a la que están conectados consumidores con baja
toma de tensión, y una segunda red parcial con una elevada tensión
nominal (por ejemplo 42 V), a la que están conectados consumidores
de alta potencia, como por ejemplo calefacciones, una
servodirección eléctrica, frenos de motor eléctrico, etc. Con ello
es conocido alimentar los consumidores de baja tensión
(consumidores de 14 V) en situaciones de funcionamiento críticas
(por ejemplo funcionamiento en hora punta), a elección desde la
segunda red parcial.
La red de a bordo multitensión comprende además
un generador multitensión (con tensión continua variable), que
alimenta dos redes parciales con potencia eléctrica. Mientras el
generador alimenta por un lado directamente la red parcial con
tensión mayor o variable, la alimentación de la red parcial con
menor tensión se realiza a través de un convertidor CC/CC regulado.
Si ya no es necesaria la alimentación de la red parcial con tensión
elevada o variable, se regula hacia menos el generador hasta la
tensión más baja de la segunda red parcial y se transconecta el
convertidor CC/CC. Las redes de a bordo multitensión de este tipo
con un generador multitensión aportan toda una serie de ventajas al
funcionamiento de consumidores eléctricos en el vehículo.
Del documento DE 100 59 038 A se conoce una red
de a bordo de vehículo de motor con un motor generador multitención,
que está unido a través de un vibrador de impulso a una primera red
de a bordo parcial a la que está aplicada una primera tensión
nominal. En una segunda red de a bordo parcial, que está unida a la
primera red de a bordo parcial a través de un convertidor de
tensión continua, reina una menor tensión nominal. Un aparato de
control conecta baterías de las dos redes de a bordo parciales de
tal manera al motor generador multitensión, que es posible un
arranque óptimo.
El documento DE 102 08 982 y el documento DE 197
55 050 A muestran otras redes de a bordo multitensión, en las que
reinan diferentes tensiones.
El arranque y un apoyo por motor del motor de
combustión interna mediante el motor generador multitensión, en
especial en funcionamiento de arranque-parada
(tráfico urbano), no se conoce por el contrario del estado de la
técnica.
Es por ello la tarea de la presente invención
crear una red de a bordo multitensión con un motor generador
multitensión, con la que el motor de combustión interna del vehículo
en caso necesario, sin interrumpir la alimentación eléctrica, pueda
ser arrancado o apoyado por motor.
Esta tarea es resuelta conforme al preámbulo de
la reivindicación 1. Configuraciones adicionales de la invención
son objeto de reivindicaciones subordinadas.
La idea fundamental de la invención consiste en
materializar una red de a bordo multitensión con un motor generador
multitensión, que comprende un motor eléctrico, un regulador y un
vibrador de impulso, en donde el motor generador multitensión puede
generar en su salida de tensión continua una tensión nominal
variable, y conectar a la salida del motor generador multitensión
un convertidor CC/CC que convierte la tensión continua alimentada
desde el motor generador multitensión en una tensión nominal deseada
(por ejemplo 14 V).
Conforme a la invención se alimenta una primera
red parcial con una tensión nominal variable.
La red de a bordo comprende con preferencia una
fuente de energía suficientemente grande, como por ejemplo un
llamado Supercap (supercondensador), con cuya ayuda el motor
generador multitensión también puede funcionar en funcionamiento
con motor. El Supercap está diseñado con preferencia de tal modo que
el contenido energético a plena carga es bastante mayor que lo que
se necesita para un proceso de arranque del motor de combustión
interna. La energía del Supercap puede utilizarse también para
alimentar la otra red parcial. El Supercap está dispuesto con
preferencia en la red parcial con la mayor tensión nominal.
El vibrador de impulso tiene fundamentalmente
dos funciones: en funcionamiento de generador del motor generador
multitensión el vibrador de impulso genera una tensión continua para
alimentar la red de a bordo y en funcionamiento de motor del motor
generador multitensión una tensión alterna multifásica para
alimentar el motor generador multitensión. El vibrador de impulso
es activado por un aparato de control conectado a la red de a
bordo.
El convertidor CC/CC está conectado con
preferencia en serie al vibrador de impulso. La primera red parcial
con la tensión nominal elevada está conectada con preferencia a un
nodo entre el vibrador de impulso y el convertidor CC/CC.
En la red de a bordo multitensión conforme a la
invención con motor generador multitensión pueden diferenciarse
varios modos de funcionamiento:
En "funcionamiento normal" el vibrador de
impulso se activa de tal modo que a su salida de tensión continua
está aplicada la tensión nominal baja. El convertidor CC/CC
postconectado al vibrador de impulso está en este caso
transconectado.
En "funcionamiento de alta tensión" se
activa de tal modo el vibrador de impulso que a su salida de tensión
continua está aplicada la tensión nominal elevada. El
funcionamiento de alta tensión se ajusta cuando se pretende que
funcionen consumidores de alta potencia. Con ello puede asegurarse
mediante gestión energética, es decir en especial mediante
regulación del convertidor, que no se interrumpa la alimentación de
la red parcial con menor tensión. La red parcial con la tensión de
alimentación baja puede alimentarse por ejemplo desde la otra red
parcial.
En funcionamiento de motor del motor generador
multitensión se activa de tal modo el vibrador de impulso que el
motor generador multitensión acciona el motor de combustión interna.
El motor de combustión interna puede por medio de esto por ejemplo
arrancarse o, por ejemplo en un turboagujero, ser apoyado por motor.
En esta fase puede asegurarse mediante gestión energética que no se
interrumpa la alimentación de la red parcial con menor tensión.
En funcionamiento de recuperación (es decir
transformación de energía cinética en fases de retardo de vehículo,
como por ejemplo durante el frenado o la rodadura final del
vehículo, en energía eléctrica) se regula el motor generador
multitensión con preferencia para que entregue la máxima potencia y
de este modo genere un momento de frenado máximo. El vibrador de
impulso genera en este caso en su salida de tensión continua con
preferencia la tensión nominal elevada. La llamada energía
eléctrica sobrante se almacena con preferencia en el Supercap. La
energía almacenada está después disponible para consumidores
eléctricos, por ejemplo para un proceso de arranque subsiguiente
del motor de combustión interna (por ejemplo: funcionamiento de
arranque-parada) o para un momento de accionamiento
adicional (por ejemplo arranque en semáforo, aceleración), o bien
para un funcionamiento en hora punta (por ejemplo calefacción
rápida).
A continuación se explica la invención con más
detalle a modo de ejemplo, con base en el dibujo adjunto.
La figura 1 muestra un ejemplo de ejecución de
una red de a bordo multitensión con un motor generador multitensión,
que comprende un motor eléctrico 1, un regulador 2 y un vibrador de
impulso 3. El motor eléctrico 1 está acoplado mecánicamente al
motor de combustión interna (no mostrado) del vehículo y puede
funcionar en funcionamiento de generador o en funcionamiento de
motor.
La red de a bordo multitensión comprende una
primera red parcial 11 con una tensión nominal fija o variable
elevada, en el presente caso una tensión nominal de 42 V, así como
una segunda red parcial 12 con una tensión nominal baja, en el
presente caso una tensión nominal de 14 V. A las redes parciales 11,
12 están conectados varios consumidores 6, 8, que aquí se han
representado a modo de ejemplo como un consumidor 6 u 8. Los
consumidores 6, 8 pueden conectarse y desconectarse mediante el
conmutador S desde un aparato de control 9. El aparato de control 9
sirve entre otras cosas para llevar a cabo una gestión eléctrica de
energía o consumidor.
La red de a bordo multitensión comprende además
un convertidor CC/CC 4 conectado a un vibrador de impulso 4. El
convertidor CC/CC 4 está materializado con preferencia como
regulador de tensión longitudinal.
La red parcial de 14 V 12 comprende además una
batería 7, y la red parcial de 42 V 11 un Supercap 5 para almacenar
energía eléctrica. La red parcial 11 con tensión nominal de 42 V
está conectada a un nodo K entre el vibrador de impulso 3 y el
convertidor CC/CC 4, directamente a la salida del vibrador de
impulso 3.
El motor eléctrico 1 se regula mediante un
regulador de generador 2. El regulador 2, el vibrador de impulso 3
y el convertidor CC/CC están unidos al aparato de control 9 a través
de líneas de control 14. El aparato de control 9 está unido además
a un control de motor 10.
El devanado de rotor del motor eléctrico está
unido con preferencia a la primera red parcial 11 y, de este modo,
puede alimentarse de energía por ejemplo desde el Supercap 5. De
este modo puede impedirse, por ejemplo en funcionamiento de
generador, una desexcitación del motor en el caso de saltos de carga
(llamada "descarga por soplado").
El devanado de rotor del motor eléctrico 1 se
alimenta con preferencia con energía eléctrica también desde la red
de a bordo de 14 V. En este caso existe una alimentación de energía
redundante del devanado de rotor del motor eléctrico mediante dos
acumuladores de energía 5 ó 7, con lo que puede mejorarse en
especial la seguridad de avería del motor generador multitensión 1,
2, 3.
Con la configuración de la red de a bordo
representada en la figura 1 pueden ajustarse diferentes modos de
funcionamiento, para hacer funcionar el motor generador multitensión
1, 2, 3 a elección en funcionamiento de generador o en
funcionamiento de motor. En funcionamiento de generador los
consumidores 6, 8 se alimentan con potencia eléctrica y se cargan
los acumuladores de energía 5, 7. En funcionamiento de motor el
motor de combustión interna (no mostrado) puede arrancarse o
apoyarse por motor.
En funcionamiento normal el vibrador de impulso
genera en su salida de tensión continua la tensión nominal baja (14
V) para alimentar la red de a bordo de 14 V. El convertidor CC/CC 4
está transconectado en este modo de funcionamiento. El vibrador de
impulso 3 y el convertidor CC/CC 4 son activados de forma
correspondiente por el aparato de control 9.
Para hacer funcionar un consumidor de 42 V 6
(funcionamiento de 42 V), el vibrador de impulso 3 genera en su
salida de tensión continua la tensión nominal de 42 V. El
convertidor CC/CC 4 convierte la tensión nominal de 42 V en una
tensión nominal de 14 V para alimentar la segunda red parcial
12.
En funcionamiento de recuperación (es decir,
transformación de energía cinética en fases de retardo de vehículo,
como por ejemplo durante el frenado o la rodadura final del
vehículo, en energía eléctrica) se regula el motor generador
multitensión para que entregue la máxima energía y de este modo
genere un momento de giro máximo (momento de frenado). El vibrador
de impulso 3 genera en su salida de tensión continua (nodo K) la
tensión nominal elevada de 42 V. La energía así obtenida se
almacena en el Supercap 5 y en la batería 7 y de este modo está
disponible para un subsiguiente proceso de arranque del motor de
combustión interna, para el apoyo del motor de combustión interna
en funcionamiento de marcha o el funcionamiento de hora punta de un
consumidor 6 u 8. En funcionamiento de hora punta puede alimentarse
con energía por ejemplo un dispositivo calefactor de forma
impulsiva, para producir un calentamiento rápido.
El Supercap 5 está configurado con preferencia
de tal modo, que el contenido energético a plena carga es bastante
mayor que lo que se necesita para un proceso de arranque del motor
de combustión interna. La energía almacenada en el Supercap 5 puede
enviarse a través del convertidor CC/CC 4 por ejemplo también a la
red de a bordo de 14 V 12. En funcionamiento de recuperación se
activan de forma correspondiente desde el aparato de control 9 el
regulador 2, el vibrador de impulso 3 y el convertidor CC/CC 4.
En funcionamiento de motor se alimenta el motor
eléctrico 1, a través del vibrador de impulso 3, con energía
eléctrica. El motor de combustión interna puede por medio de esto
por ejemplo arrancarse o, por ejemplo en un turboagujero, ser
apoyado por motor. El control correspondiente del vibrador de
impulso 3 y del regulador 2 se realiza mediante el aparato de
control 9.
- 1
- Motor eléctrico
- 2
- Regulador
- 3
- Vibrador de impulso
- 4
- Convertidor CC/CC
- 5
- Supercap
- 6
- Consumidor de alta tensión
- 7
- Batería
- 8
- Consumidor de baja tensión
- 9
- Aparato de control
- 10
- Control de motor
- 11
- Primera red parcial
- 12
- Segunda red parcial
- 13
- Línea de control
- 14
- Líneas de control
- S
- Conmutador
- K
- Nodo
Claims (12)
1. Red de a bordo de vehículo de motor con un
motor generador multitensión (1, 2, 3), que comprende un motor
eléctrico (1), un regulador (2) y un vibrador de impulso (3), para
la alimentación eléctrica de una primera red parcial (11) con al
menos un primer consumidor (6) al que se ha aplicado una primera
tensión nominal (42 V), y de una segunda red parcial (12) con al
menos un segundo consumidor (8) al que se ha aplicado una segunda
tensión nominal (14 V), y un convertidor CC/CC asociado al motor
generador multitensión (1, 2, 3) y un aparato de control (9),
caracterizada porque la primera red parcial (11) está
alimentada con una tensión variable (> 14 V).
2. Red de a bordo de vehículo de motor según la
reivindicación 1, caracterizada porque la primera red parcial
(11) está conectada a la salida (K) del vibrador de impulso
(3).
3. Red de a bordo de vehículo de motor según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está conectado un
convertidor CC/CC (4) en serie al vibrador de impulso (3).
4. Red de a bordo de vehículo de motor según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
convertidor CC/CC (4) es un regulador de tensión longitudinal.
5. Red de a bordo de vehículo de motor según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en
la primera red parcial (11) está dispuesto un supercondensador (5)
como acumulador de energía.
6. Red de a bordo de vehículo de motor según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
aparato de control (9) puede activar de tal modo el vibrador de
impulso (3) que, a elección, a la salida del vibrador de impulso
(3) se entrega la primera o la segunda tensión nominal.
7. Red de a bordo de vehículo de motor según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
aparato de control (9) activa de tal modo el vibrador de impulso (3)
en funcionamiento normal, que el vibrador de impulso (3) entrega la
tensión nominal baja.
8. Red de a bordo de vehículo de motor según la
reivindicación 7, caracterizada porque el convertidor CC/CC
(4) está transconectado en funcionamiento normal.
9. Red de a bordo de vehículo de motor según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
aparato de control (9) activa de tal modo el vibrador de impulso (3)
que el vibrador de impulso (3) entrega una elevada tensión nominal,
y activa de tal modo el regulador de generador (2) que el motor
eléctrico (1) presenta un momento de giro máximo.
10. Red de a bordo de vehículo de motor según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
el aparato de control (9) activa de tal modo el vibrador de impulso
(3) en un funcionamiento de motor, que el motor eléctrico (1) apoya
por motor el motor de combustión interna.
11. Red de a bordo de vehículo de motor según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
el aparato de control (9) activa de tal modo el vibrador de impulso
(3) en un funcionamiento de motor, que el motor eléctrico (1)
arranca autónomamente el motor de combustión interna.
12. Red de a bordo de vehículo de motor según
una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el
aparato de control (9) activa de tal modo el vibrador de impulso (3)
en un funcionamiento de motor, que el motor eléctrico (1) apoya un
arrancador adicional durante el arranque del motor de combustión
interna.
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