ES2634205T3

ES2634205T3 - Unidad de suministro eléctrico para una red de a bordo de un automóvil

Info

Publication number: ES2634205T3
Application number: ES11743800.2T
Authority: ES
Inventors: Gert Wolf; Stefan Einbock; Rolf Jaros; Helmut Suelzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: DE102010031640A1; BR112013001643B1; BR112013001643A2; EP2596581B1; US9409484B2; CN103229412A; EP2596581A2; CN103229412B; WO2012010484A3; BR112013001643A8; WO2012010484A2; US20130214594A1

Abstract

Unidad de suministro eléctrico para una red de a bordo de un automóvil, que presenta un generador de corriente alterna (10) que proporciona una señal de fase con una bobina excitadora (29), un regulador de campo (66) asignado a la bobina excitadora (29) y un rectificador (69) con elementos rectificadores (58) para rectificar la tensión del generador suministrada por el generador de corriente alterna, caracterizada porque el regulador de campo (66) tiene un rango de detección de tensión para la evaluación de la señal de fase con un valor mínimo y un valor máximo, donde el valor máximo está ajustado a la tensión nominal de una unidad de suministro eléctrico (10, 61) del automóvil de tal manera que la unidad de suministro eléctrico (10, 61) está configurada para el uso de elementos rectificadores (58) dependientes de la temperatura, para que la señal de fase pueda detectarse también cuando se le superponga una componente de tensión continua muy desplazada.

Description

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DESCRIPCION

Unidad de suministro electrico para una red de a bordo de un automovil

La presente invencion se relaciona con una unidad de suministro electrico para una red de a bordo de un automovil segun el concepto general de la Reivindicacion 1.

Estado actual de la tecnica

Los generadores de vehlculos, los llamados alternadores, incluyen habitualmente una conexion de puente de diodos, por medio de la cual se rectifica la corriente alterna producida por el generador.

Los rectificadores de diodos son relativamente robustos y eficaces y por consiguiente especialmente apropiados para la operacion en el vehlculo. Tienen sin embargo tambien determinados inconvenientes. Particularmente los diodos muestran una calda de la tension continua para la polarizacion importante. Para los rectificadores en los automoviles se emplean diodos Zener, particularmente diodos ZR, que tienen habitualmente una tension positiva de aproximadamente 0,7 V. Esto conlleva, junto con las corrientes temporalmente grandes de mas de 200 A, una calda de potencia en el diodo de hasta 50 W (en generadores trifasicos). Como consecuencia, los diodos tienen que proyectarse para estas potencias y particularmente tambien enfriarse suficientemente.

Aunque se conocen diodos con menor tension positiva, por ejemplo diodos de germanio o diodos de Schottky, sin embargo estos no se pueden utilizar en el ambito del automovil exentos de dificultades, desde la razon de su pronunciada dependencia a la temperatura lo que hace imposible su uso en las unidades de suministro electrico conocidas para vehlculos as! como por los siguientes motivos: durante el arranque, el regulador de campo y/o de carga, alimentado por la baterla de arranque, alimenta a la bobina de excitacion del generador con la denominada corriente de pre-excitacion. Solamente cuando el rotor del generador gire, el regulador de campo podra detectar una senal de tension en una fase (en lo sucesivo senal de fase) y a partir de su frecuencia deducir la velocidad de giro del generador. Al alcanzar una velocidad de giro de arranque predeterminada se activa entonces la totalidad de la excitacion de corriente.

En las unidades de suministro electrico convencionales para la red de a bordo de un automovil sin embargo la componente de corriente alterna de la senal de fase tiene que tener una cierta corriente minima. Aparte de esto, la componente de corriente continua de la senal de fase no puede superar un determinado umbral. Asi, puede alcanzar la tension alterna de fase a fase minima necesaria por ejemplo 3 V, medida de pico a pico, y la componente de corriente continua maxima admisible por ejemplo de 8 V.

Durante la corriente de pre-excitacion, cuando el generador no suministra aun ninguna corriente a la red de a bordo, los valores de corriente continua y tension alterna de la tension de fase son influidos por las corrientes inversas de los diodos rectificadores. Si en ese momento se emplearan los diodos anteriormente descritos, que tienen una pronunciada dependencia de la temperatura, caerian en su estado caliente las diferentes tensiones a traves de todos los diodos, por ejemplo, en un periodo tras la parada del motor de combustion interna. En un caso extremo puede por tanto la componente de corriente continua de la tension de fase tomar valores fuera de un rango admisible, de forma que el regulador de campo, por ejemplo, en un proceso de arranque en estado caliente no reconozca, o lo haga demasiado tarde, la velocidad de giro de arranque y no encienda el generador o lo haga demasiado tarde.

Es por tanto deseable especificar una unidad de suministro electrico para una red de a bordo de un automovil, que sea apropiada para el uso de elementos rectificadores dependientes de la temperatura.

Gracias a la US 5 279 991 se conoce un sistema de carga de baterias para un vehiculo.

Gracias a la EP 0 408 055 A2 se conoce un mecanismo para controlar un generador.

Gracias a la US 2008/0030184 A1 se conoce un sistema para alisar la tension de salida de un generador.

Revelacion de la invencion

Conforme a la invencion se propone una unidad de suministro electrico con las caracteristicas de la reivindicacion independiente 1. Configuraciones favorables son objeto de las subreivindicaciones, asi como de la siguiente descripcion.

Ventajas de la invencion

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La presente invencion se basa en la tarea de ampliar el rango de deteccion de senales de fase del regulador de carga de tal forma que puedan detectarse esencialmente todas las posibles tensiones que pudieran aparecer. Con ello puede lograrse la ventaja particular de tambien poder emplearse diodos dependientes de la temperatura y por consiguiente de ejecutar sus ventajas. Existen, por tanto, diodos con, por ejemplo, una tension emisor-base favorablemente baja menor que 0,5 V, preferentemente menor que 0,3 V o 0,4 V, de forma que durante la operation hay una menor perdida de tension en comparacion con los diodos ZR convencionales. Al emplear tales diodos se eleva el grado de efectividad del generador y se reduce la cantidad de calor a extraer. Las acciones de enfriamiento necesarias para los diodos pueden reducirse. Elementos rectificadores apropiados son particularmente los diodos de Schottky, diodos TMBS, diodos TJBS y/o diodos lambda en la correspondiente realization. Ademas, estos diodos presentan en estado frlo, es decir por ejemplo por debajo de 50° C, una corriente de fuga muy pequena, lo que en el caso del automovil permite contrarrestar particularmente efectos de descarga de la baterla de arranque.

Se ha reconocido que el uso de diodos mejorados, como los descritos por ejemplo en la DE 10 2006 024 850 A1, en unidades de suministro electrico para vehlculos es posible de manera especialmente sencilla, cuando el regulador de campo y/o de carga se disene correspondientemente. Los reguladores de campo convencionales solo son capaces de registrar y/o detectar una senal de fase dentro de un rango de tensiones en torno a la mitad de la tension de la red de a bordo, por ejemplo de aproximadamente 3 V a aproximadamente 9 V para una red de a bordo de 12 V. Debido a la particular dependencia de la temperatura antes aclarada de los elementos rectificadores preferidos, pueden caer sin embargo, en los ramales del rectificador, tensiones en el rango de casi 0 V hasta casi la tension de a bordo. El uso de diodos mas preferentes con baja tension continua se hace por tanto posible, cuando el regulador de campo pueda detectar ese rango de tensiones esencialmente por completo y/o tenga un rango de deteccion de tension para la evaluation de la senal de fase con un valor mlnimo y un valor maximo, donde al menos el valor maximo este ajustado a la tension nominal de una unidad de suministro electrico del automovil. El valor mlnimo puede estar asimismo ajustado o ser 0 V. El ajuste puede realizarse en un valor porcentual predeterminable (0100%) de la tension nominal, donde el experto elige en la practica un valor porcentual apropiado.

La tecnica basica del regulador de carga usado en el estado actual de la tecnica, particularmente la incapacidad de detectar determinadas tensiones, permanece desde hace tiempo esencialmente inalterada y no se investiga en los clrculos profesionales. El uso de elementos rectificadores independientes se ha hecho por tanto posible en el estado actual de la tecnica siempre mediante un correspondiente diseno del propio rectificador, sea mediante acciones particulares de refrigeration o interconexiones particulares, como por ejemplo se muestra en el documento no pre- publicado DE 10 2009 028 246. Los inventores han descubierto, sin embargo, una posibilidad mas sencilla de uso de los elementos rectificadores independientes que se encuentra en el diseno conforme a la invencion del regulador de carga.

La invencion es especialmente favorable para ser utilizada en automoviles, aviones o embarcaciones. Como generador se utilizan convenientemente generadores de garras, tambien para su uso en sistemas de suministro electrico de respaldo, por ejemplo, en generadores de arranque accionados por correas.

Otras ventajas y configuraciones de la invencion se deducen de la description y del diseno adjunto.

Es conocido que las indicaciones mostradas anteriormente y las que estan aun por explicar a continuation no solo pueden utilizarse en la combination indicada en cada caso, sino tambien en otras combinaciones o de forma independiente, sin abandonar el marco de la presente invencion.

La invencion se representa esquematicamente en el diseno en base a un ejemplo de ejecucion y se describe a continuacion detalladamente en relation al diseno.

Breve descripcion de los disenos

La Figura 1 muestra un diagrama de un modo de realizacion preferida de una unidad de suministro electrico conforme a la invencion.

Modo(s) de operacion de la invencion

En la Figura 1 se representa un modo de realizacion preferida de una unidad de suministro electrico conforme a la invencion a modo de esquema electrico. La unidad de suministro electrico comprende un generador de corriente alterna 10 con cinco bobinas de fase conformadoras de fase 70, 71, 72, 73, 74. Se sabe que tambien son posibles otros numeros de fases y cableados, particularmente disposiciones trifasicas (o generalmente multifasicas) en configuration del circuito en estrella o en triangulo. La totalidad de todas las bobinas de fase 70, 71, 72, 73, 74 forma el devanado del estator. Las cinco bobinas de fase conformadoras de fase 70, 71, 72, 73, 74 se interconectan aqul a un circuito basico a modo de estrella de cinco puntas (pentaculo), donde las llneas conectadas en cada caso en las puntas de la estrella encierran un angulo de aproximadamente 36° A los puntos de interconexion de las puntas 80, 81, 82, 83, 84 se conecta una conexion puente rectificadora 69. Las bobinas de fase se interconectan como sigue:

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La bobina de fase parcial 70 esta conectada en el punto de interconexion 80 con la bobina de fase parcial 71. La bobina de fase 71 esta conectada por su extremo opuesto en el punto de interconexion 81 con la bobina de fase 72. La bobina de fase 72 esta conectada por su extremo opuesto en el punto de interconexion 82 con la bobina de fase 73. La bobina de fase parcial 73 esta conectada por su extremo opuesto en el punto de interconexion 83 con la bobina de fase 74. La bobina de fase 74 esta conectada por su extremo opuesto en el punto de interconexion 84 con la bobina de fase 70.

Los puntos de interconexion 80, 81, 82, 83, 84 de las bobinas de fase 70, 71, 72, 73, 74 estan conectadas con el puente rectificador 69 independiente, constituido por cinco diodos negativos 58 y cinco diodos positivos 59. Del lado de la corriente continua se conecta un regulador de tension (llamado regulador de campo y/o de carga) 66 en paralelo, que influyendo en la corriente mediante la bobina excitadora 29 regula la tension del generador. El regulador de tension 66 esta conectado con el rectificador, para detectar la tension de salida y ajustar correspondientemente la excitacion de corriente. Ademas, el regulador de tension 66 esta conectado a traves de una conexion 67 con al menos una fase (aqul 84) del generador de corriente alterna 10, para detectar una senal de fase. En base a la senal de fase detectada, el regulador de tension 66 determina la velocidad de giro del generador de corriente alterna 10.

La red de a bordo se representa esquematicamente mediante una baterla del automovil 61 y mediante el consumidor del automovil 62.

Los diodos 58 y 59 son por ejemplo diodos, como los descritos en la DE 10 2006 024 850 A1. El uso de estos diodos conlleva una serie de ventajas, como perdidas reducidas, bajas corrientes de polarizacion, etc. Tal y como se aclara, estos diodos presentan tambien una dependencia pronunciada de la temperatura, que no pueden tratar los reguladores de tension convencionales. Esto es, cuando el generador se desconecte, o bien porque este detenido o porque la excitacion de corriente se corte mediante la bobina excitadora, se producen en los diodos 58 y 59 muy diferentes tensiones, de tal forma que los reguladores de tension convencionales no pueden identificar la velocidad de giro, basandose en la senal de fase, es decir, en este caso la parada del generador. Tampoco pueden detectar tensiones extremas, como las que pueden aparecer por ejemplo al arrancar el automovil justo despues de un estado de parada. Al arrancar, la tension de la baterla que cae a traves de los diodos, se solapa sobre la senal de fase, la cual - como se aclara inicialmente - puede estar marcadamente desplazada centralmente.

Conforme a la realizacion preferida de la invention aqul representada, el regulador de tension 66 esta configurado con un rango de detection de tension para la senal de fase, que esta ajustado a la tension nominal de la baterla del automovil 61. El regulador de tension 66 presenta para ello particularmente un convertidor analogico/digital para la evaluation de la senal de fase, para cubrir al menos el rango de tensiones de 0 V a 12 V (tension nominal). Como resultado puede detectarse la senal de fase incluso cuando queda solapada por una fuerte componente de corriente continua muy desplazada que sea, por ejemplo, de casi la tension de a bordo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Unidad de suministro electrico para una red de a bordo de un automovil, que presenta un generador de corriente alterna (10) que proporciona una senal de fase con una bobina excitadora (29), un regulador de campo (66) asignado a la bobina excitadora (29) y un rectificador (69) con elementos rectificadores (58) para rectificar la tension del generador suministrada por el generador de corriente alterna, caracterizada porque el regulador de campo (66) tiene un rango de detection de tension para la evaluation de la senal de fase con un valor mlnimo y un valor maximo, donde el valor maximo esta ajustado a la tension nominal de una unidad de suministro electrico (10, 61) del automovil de tal manera que la unidad de suministro electrico (10, 61) esta configurada para el uso de elementos rectificadores (58) dependientes de la temperatura, para que la senal de fase pueda detectarse tambien cuando se le superponga una componente de tension continua muy desplazada.
2. Unidad de suministro electrico segun la reivindicacion 1, donde el valor maximo esta ajustado a la tension nominal del generador de corriente alterna (10) o de una baterla de arranque (61) prevista para arrancar el vehlculo a motor.
3. Unidad de suministro electrico segun la reivindicacion 1 o 2, donde el valor maximo corresponde esencialmente a la tension nominal de la unidad de suministro electrico (10, 61) del automovil.
4. Unidad de suministro electrico segun la reivindicacion 1 o 2, donde el valor maximo corresponde al menos a un valor, que se encuentra en un rango del 85% al 100% de la tension nominal.
5. Unidad de suministro electrico segun una de las anteriores reivindicaciones, donde el valor mlnimo corresponde como maximo a un valor, que se encuentra en un rango del 0% al 15% de la tension nominal.
6. Unidad de suministro electrico segun una de las anteriores reivindicaciones, donde el regulador de campo (66) presenta un convertidor analogico/digital, que tiene un rango de deteccion de tension para la evaluacion de la senal de fase con el valor mlnimo y el valor maximo.
7. Unidad de suministro electrico segun una de las anteriores reivindicaciones, donde los elementos rectificadores (58) estan configurados como elementos de tipo trinchera.
8. Unidad de suministro electrico segun una de las anteriores reivindicaciones, donde los elementos rectificadores (58) incluyen al menos un diodo de Schottky, diodo TMBS, diodo TJBS y/o un diodo lambda.