ES2576283T3 - Unidad para la estabilización de una tensión de alimentación en un vehículo de motor - Google Patents

Unidad para la estabilización de una tensión de alimentación en un vehículo de motor Download PDF

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Abstract

Unidad para la estabilización de una tensión de alimentación en un vehículo de motor, con: un estárter (4) del vehículo de motor, una batería de vehículo de motor como fuente de tensión (10), la cual está conectada, para la alimentación del estárter (4) a la tensión de alimentación (UBatt), al estárter (4), estando conectada la fuente de tensión (10) al estárter (4), para la estabilización de la tensión de alimentación (UBatt), a través de una cascada de resistencias (30), caracterizada por que la cascada de resistencias (30) presenta al menos dos ramas de cascada (300) conectadas en paralelo entre sí, presentando cada rama de cascada una conexión en serie de un conmutador (50) a una resistencia (R1, R2, R3), por que la cascada de resistencias (30) es conmutable para la estabilización de la tensión de alimentación (UBatt), por que una unidad de control (70) está configurada para controlar los conmutadores (50), estando configurada una bomba de carga (60) para alimentar la unidad de control (70) con una tensión de funcionamiento (ULad) que es mayor que la tensión de alimentación (UBatt).

Description

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DESCRIPCION
Unidad para la estabilizacion de una tension de alimentacion en un vehnculo de motor
La invencion se refiere a una unidad para la estabilizacion de una tension de alimentacion en un vehiculo de motor segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Segun este, una unidad de este tipo o un sistema de este tipo presentan un componente de funcionamiento del vehnculo de motor, particularmente en forma de un estarter, as^ como una fuente de tension, que para la alimentacion del componente de funcionamiento con la tension de alimentacion, esta unida con el componente de funcionamiento.
Los estarteres o tambien arrancadores mencionados, sirven en vehnculos de motor con motores de combustion interna, para encender o arrancar el vehiculo de motor, dado que este tipo de accionamientos no ofrecen ningun momento de giro en estado detenido y por lo tanto no arrancan por si mismos. Debido a ello el estarter asume la activacion de una carrera de admision y de compresion del motor de combustion interna. En el caso del estarter puede tratarse particularmente de un motor electrico.
Dado que en el caso de vehiculos de motor modernos se pretende hacer funcionar el motor de combustion interna solo cuando el vehiculo de motor realmente ha de desplazarse (llamada funcion de marcha/parada para la reduccion de la emision de CO2), es importante estabilizar en redes de a bordo de vehiculos de motor la tension de alimentacion de consumidores de tension maxima de corta duracion, como por ejemplo, un estarter, dado que ademas del estarter existen sistemas de corriente de funcionamiento continuo, como sistemas de navegacion, de seguridad y de informacion y entretenimiento, que deben de funcionar sin fallos. Otro ejemplo para un consumidor de tension maxima de corta duracion es el ESP.
Para que el conductor no tenga que asumir ningun tipo de limitaciones durante el funcionamiento de marcha/parada del vehiculo de motor, es particularmente razonable para el arranque en caliente, un soporte de red de a bordo.
Este impide que el conductor experimente una caida de tension debido a la corriente de arranque.
En este sentido se conoce del documento DE 10 2006 061 064 A1 una unidad del tipo mencionado inicialmente para la estabilizacion de una red de a bordo de vehiculo de motor, con un rele electronico con un conmutador de convertidor DC/DC, estando activo el circuito de conmutacion en el caso de una caida de tension en la red de a bordo por debajo de la tension nominal, como convertidor elevador, el cual estabiliza la tension de una via de carga de la red de a bordo en cuanto que conmuta el rele con la ayuda del conmutador de convertidor a una tension nominal, y el circuito de conmutacion no lleva a cabo ninguna conversion en caso de una tension de entrada que es mayor o igual a la tension nominal.
Se conocen ademas de ello sistemas (comparese la Fig. 1), los cuales son soportados por una segunda bateria, la cual esta conectada a la red de a bordo. En caso del arranque en caliente, el circuito de estarter es alimentado por la bateria de estarter. Mediante elementos de conmutacion adecuados se separa el resto de la red de a bordo, que es alimentada entonces por una segunda bateria del circuito de estarter.
De esta manera se conoce por ejemplo del documento WO 2008/014944 A1, un sistema para la alimentacion de tension de consumidores electricos en la red de a bordo de un vehiculo de motor, en el que la red de a bordo consiste en al menos dos zonas de red de a bordo, presentando la primera zona de red de a bordo un generador electrico, una bateria de vehiculo, asi como uno o varios primeros consumidores electricos y la segunda zona de red de a bordo un condensador de doble capa o un llamado supercap, y uno o varios segundos consumidores electricos, proporcionandose entre las dos zonas de red de a bordo un dispositivo de bloqueo, como particularmente un diodo semiconductor o un interruptor de alimentacion, que permite un flujo de corriente desde la primera zona de red de a bordo a la segunda zona de red de a bordo y que impide en su mayor parte un flujo de corriente invertido desde la segunda zona de corriente de a bordo a la primera zona de corriente de a bordo, aumentandose la tension de partida del generador electrico y cargandose el supercap, cuando no se llega en la segunda zona de red de a bordo a un primer limite de la tension electrica.
Existen ademas de ello principios, de dotar a los estarteres de una resistencia previa conmutable, para limitar la corriente de arranque en caso de un arranque en caliente. Para ello es necesaria tambien una correspondiente logica de conmutacion para altas corrientes.
Se conocen ademas de ello, redes de a bordo conforme al orden de los documentos DE 10 2008 058 646 A1, asi como US 2008/0185999 A1.
Partiendo de ello, la presente invencion se basa en el problema de poner a disposicion una unidad del tipo mencionado inicialmente, que tenga una estructura en la medida de lo posible sencilla y que debido a ello conlleve costes de produccion reducidos.
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Este problema se soluciona mediante una unidad con las caracteristicas de la reivindicacion 1.
Segun esta, esta previsto que haya intercalada una cascada de resistencias entre el componente de funcionamiento (estarter) y la fuente de tension, tratandose en el caso de la fuente de tension particularmente de una bateria de vehiculo de motor, que pone a disposition una tension continua.
La cascada de resistencias esta configurada de manera conmutable para la estabilizacion de la tension de alimentation, es decir, pueden conmutarse resistencias individuales de la cascada de resistencias de manera sucesiva para la transformation de la resistencia total de la cascada de resistencias (o desconectarse).
La cascada de resistencias presenta al menos dos ramas de cascada conectadas en paralelo entre si, presentando cada rama de cascada una conexion en serie de un conmutador con una resistencia. Preferiblemente se proporciona en este caso una rama de cascada para puentear las resistencias de las otras ramas de cascada y presenta por lo tanto solo un conmutador, de manera que en el caso de un arranque en frio se logra una resistencia total minima de la cascada cuando estan conectados todos los conmutadores.
Para accionar la cascada de resistencias se proporciona una unidad de control, la cual esta configurada para conectar o abrir los conmutadores individuales, de manera que correspondientemente puede fluir o no fluir una corriente a traves de la correspondiente resistencia o cascada de resistencias.
En la invention la unidad presenta una bomba de carga. Este tipo de bombas de carga pueden alimentarse con una tension continua y estar configuradas para producir una tension continua mas alta que la tension de entrada con la misma polaridad. Son tambien esencialmente mas economicas. No obstante, las bombas de carga estan limitadas en la capacidad de carga de corriente, lo cual puede compensarse sin embargo, mediante la cascada de resistencias de estabilizacion de tension, que puede servir como limitation de corriente adicional.
La bomba de carga es alimentada mediante la tension de alimentacion de la fuente de tension (bateria del coche) y produce en este caso una tension de funcionamiento para la unidad de control, que se encuentra particularmente por encima de la tension de alimentacion, que es puesta a disposicion por la mencionada fuente de tension.
Los conmutadores mencionados pueden estar configurados particularmente como conmutadores HL, por ejemplo, en forma de transistores. Las puertas de los transistores son accionadas entonces mediante la unidad de control. Si a un transistor le llega una correspondiente tension de fuente de puerta, la trayectoria de agotamiento-fuente correspondiente de la correspondiente resistencia deviene de baja impedancia, es decir, se conecta. Puede fluir entonces una corriente a traves de la correspondiente resistencia.
Dado que la resistencia total 1/Rges = 1/Ri + I/R2 + I/R3 +...de las resistencias Ri, R2, R3 conectadas en paralelo de la cascada de resistencias puede variarse mediante conexion o apertura de los correspondientes transistores (conmutadores), puede influirse temporalmente de esta manera en la tension de alimentacion para estabilizar en caso de picos de carga mediante correspondiente conexion/apertura de los conmutadores individuales, particularmente aumentarse.
La unidad de control esta configurada preferiblemente para conectar o retirar las ramas de cascada respectivamente dependiendo del tiempo. De esta manera pueden conectarse o retirarse ramas de cascada individualmente en determinados momentos tras una puesta en marcha del estarter, para influir o estabilizar correspondientemente la tension de alimentacion.
Las ramas de cascada individuales pueden conectarse naturalmente tambien dependiendo de la tension de alimentacion que va a estabilizarse. Para ello se proporciona un sensor de tension, el cual detecta la tension de alimentacion y la transmite a la unidad de control, que acciona los conmutadores (transistores) dependiendo de la tension de alimentacion momentanea (cierra y/o abre).
De la manera descrita anteriormente se realiza una estabilizacion sencilla, pero eficiente, de una tension de alimentacion en una red de a bordo de un vehiculo a motor, pudiendo esperarse en el caso de un control temporal un nuevo ahorro de costes, dado que el control temporal presenta una complejidad menor que la regulation de los conmutadores (transistores) dependiendo de la tension de alimentacion que va a estabilizarse de la unidad segun la invencion.
Otras caracteristicas y ventajas de la invencion han de explicarse mediante las siguientes descripciones de figuras o figuras.
En este caso muestran:
La Fig. 1 una unidad conocida del estado de la tecnica con dos baterias de vehiculo de motor (fuentes de tension), que estan asignadas respectivamente a una parte de la red de a bordo y que pueden conectarse entre si a traves de una unidad de conmutacion;
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La Fig. 2 una vista esquematica de una unidad segun la invencion para estabilizar una tension de alimentacion para un componente de funcionamiento (estarter) de un vetuculo de motor, en la que hay intercalada una cascada de resistencias entre la fuente de tension y el estarter;
La Fig. 3 un diagrama de circuito de una unidad segun la invencion del tipo de la Fig. 2 para estabilizar una tension de alimentacion para un componente de funcionamiento (estarter) de un vehiculo de motor; y
La Fig. 4 la tension de alimentacion a traves del tiempo en caso de una caida de tension limitada y de una no limitada de la tension de alimentacion.
La Fig. 1 muestra una vista en planta esquematica de un sistema del estado de la tecnica, con una bateria de vehiculo de motor 11 adicional para el soporte de la red de a bordo 2. En caso de arranque en caliente se
alimenta el circuito de estarter 3 con estarter 4 a traves de la bateria de estarter 10. Mediante una unidad de
conmutacion 20 adecuada, se separa el resto de la red de a bordo 5 con consumidores 6, que es alimentada entonces a traves de la segunda bateria de vehiculo de motor 11 del circuito de estarter 3.
La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una unidad 1 segun la invencion para estabilizar una tension de alimentacion UBatt de una fuente de tension 10 (bateria de vehiculo de motor) para un componente de
funcionamiento de un vehiculo de motor en forma de un estarter 4, en la que para estabilizar la tension de
alimentacion UBatt o para limitar una caida de la tension de alimentacion UBatt, se intercala durante la puesta en marcha del estarter 4 una cascada de resistencias 30 entre la fuente de tension 10 y el estarter 4.
La Fig. 3 muestra un diagrama de circuito de una unidad 1 segun la invencion del tipo de la Fig. 2. Segun esta, la unidad 1 presenta una fuente de tension 10 en forma de una bateria de vehiculo de motor, que pone a disposicion una tension de alimentacion UBatt, cuya caida durante la puesta en marcha del estarter 4 conectado a la fuente de tension 1 segun la Fig. 4, ha de evitarse o contrarrestarse para asegurar en la red de a bordo una tension de alimentacion UBatt suficiente. Para ello hay intercalada entre la fuente de tension 10 y el estarter 4 una cascada de resistencias 30, que presenta resistencias Ri, R2, R3,...conectadas en paralelo entre si, que pueden presentar los valores de resistencia indicados relativamente entre si. Una rama 300 (debido a motivos de claridad solo se indica a modo de ejemplo una rama) de la cascada de resistencias 30 no presenta ninguna resistencia, de manera que al conectarse todos los conmutadores 50 (debido a motivos de claridad solo se indica a modo de ejemplo un conmutador), que en el caso de las otras ramas 300 estan dispuestas respectivamente delante de las resistencias Ri, R2, R3, puede preverse una resistencia minima para un arranque en frio del estarter 4.
Para controlar el conmutador 50 sirve una unidad de control 70, la cual es alimentada preferiblemente mediante una bomba de carga 60 con una tension de funcionamiento ULad.
La unidad de control puede conmutar las resistencias individuales Ri, R2, R3 dependiendo del tiempo, el cual ha transcurrido desde la puesta en marcha de estarter 4 o dependiendo de la tension de alimentacion UBatt misma. En este caso se proporciona un sensor de tension 40, el cual transmite la tension de alimentacion UBatt momentanea a la unidad de control 70.
En el caso de los conmutadores 50 puede tratarse particularmente de transistores. En este caso la trayectoria de agotamiento-fuente EC conforma el conmutador real. Esta deviene de baja impedancia (es decir, conductora) cuando la trayectoria de fuente-puerta del correspondiente transistor 50 recibe una tension suficiente. Esta puede ser puesta a disposicion por la unidad de control 70 a traves de correspondientes conexiones de conduccion 30 en la correspondiente puerta.
La caida de tension en la tension de alimentacion UBatt al mantenerse arrancado, puede producirse ahora mediante un aumento de la resistencia en el circuito de arranque, es decir, mediante una correspondiente conmutacion de la cascada de resistencias 30. La resistencia total de 1/Rges de la cascada de resistencias 30 es en este caso 1/Rges = 1/Ri + 1/R2 + 1/R3 y puede variarse mediante correspondiente conmutacion de las resistencias Ri, R2, R3 mediante los conmutadores 50 (en el caso de los valores indicados en la Fig. 3, por ejemplo en el rango de 4R/7 a R).
Debido a la Ley de Ohm puede interceptarse de esta manera la tension de alimentacion UBatt, como se representa en la Fig. 4 de manera esquematica. En este caso, la linea a rayas del diagrama de tiempo-tension muestra una caida de tension sin limitacion al mantenerse arrancado el vehiculo de motor. La linea continua muestra por el contrario el desarrollo temporal de la tension de alimentacion UBatt con limitacion de la caida de tension al mantenerse arrancado, que es producida por el aumento de la resistencia en el circuito de estarter mediante el control de los conmutadores 50. En la ampliacion se senalan los procesos de conmutacion individuales con flechas.
Es concebible que la limitacion de una caida de tension de alimentacion se produzca tan pronto como el sensor de tension 40 detecte una tension de alimentacion UBatt por debajo de una tension limite Uschweii.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Unidad para la estabilizacion de una tension de alimentacion en un vehiculo de motor, con:
    5 un estarter (4) del vetnculo de motor, una bateria de vehiculo de motor como fuente de tension (10), la cual esta conectada, para la alimentacion del estarter (4) a la tension de alimentacion (UBatt), al estarter (4), estando conectada la fuente de tension (10) al estarter (4), para la estabilizacion de la tension de alimentacion (UBatt), a traves de una cascada de resistencias (30),
    caracterizada por que la cascada de resistencias (30) presenta al menos dos ramas de cascada (300) 10 conectadas en paralelo entre si, presentando cada rama de cascada una conexion en serie de un conmutador (50) a una resistencia (Ri, R2, R3),
    por que la cascada de resistencias (30) es conmutable para la estabilizacion de la tension de alimentacion
    (UBatt),
    por que una unidad de control (70) esta configurada para controlar los conmutadores (50), estando configurada 15 una bomba de carga (60) para alimentar la unidad de control (70) con una tension de funcionamiento (ULad) que es mayor que la tension de alimentacion (UBatt).
  2. 2. Unidad segun la reivindicacion 1, caracterizada por que esta previsto una rama de cascada (300) que para puentear las resistencias (Ri, R2, R3) presenta solo un conmutador (50).
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  3. 3. Unidad segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los conmutadores (50) estan formados cada uno por un transistor.
  4. 4. Unidad segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la unidad de control (70) esta configurada para conmutar 25 las ramas de cascada (300) dependiendo en cada caso del tiempo.
  5. 5. Unidad segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la unidad de control (70) esta configurada para conmutar las ramas de cascada (300) dependiendo en cada caso de la tension de alimentacion (UBatt) que va a estabilizarse.
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