WO2010130527A1 - Schaltung zum stabilisieren einer netzspannung - Google Patents

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WO2010130527A1
WO2010130527A1 PCT/EP2010/055092 EP2010055092W WO2010130527A1 WO 2010130527 A1 WO2010130527 A1 WO 2010130527A1 EP 2010055092 W EP2010055092 W EP 2010055092W WO 2010130527 A1 WO2010130527 A1 WO 2010130527A1
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voltage
circuit
supply network
vehicle
switch
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PCT/EP2010/055092
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Inventor
Markus Gilch
Matthias Ridder
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
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    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302Overcharge protection

Definitions

  • the invention relates to a circuit for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle.
  • the invention relates to a vehicle.
  • the invention further relates to a method for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle.
  • the invention relates to a program element.
  • the invention further relates to a computer-readable storage medium.
  • Modern motor vehicles form complex systems of hardware and software.
  • a large number of different control devices are used.
  • the totality of all control units forms a highly networked system based on different bus systems or communication devices.
  • the heterogeneity of hardware and software with such a system is highly complex.
  • the energy supply of automobiles is a critical component, especially with comfortable equipment.
  • various loads such as relays, other control devices or motors, must be supplied with power or voltage in order to activate and keep them active.
  • the invention has for its object to stabilize a grid voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle.
  • a circuit for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, the circuit having an electrical connection, configured for connecting a voltage source for providing a mains voltage, an energy store, which is switchable in series with the voltage source, a switching device coupled to the energy store, the switching device being arranged such that the energy store is switchable in series with the voltage source to compensate for voltage drops in the grid voltage in the grid, and a fuse - Direction coupled to the switching device and is arranged such that the switching device can be supplied with energy e to prevent overcharging of the energy storage.
  • a vehicle having a circuit having the above-described features for stabilizing a mains voltage in a utility grid of the vehicle.
  • a method is provided for stabilizing a grid voltage in a utility grid, in particular in a utility grid of a vehicle, the method providing a grid voltage, connecting an energy store by a switching device to voltage drops of the grid voltage Compensate the supply network, and supplying the switching device with energy through a safety device to prevent overcharging of the energy storage having.
  • a program for stabilizing a grid voltage is stored in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, which program, when executed by a processor, controls the method steps described above. performs.
  • a program element (computer program element) according to an exemplary embodiment of the present invention for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, has (or controls) the method steps described above, if it is controlled by a Processor is running.
  • Embodiments of the present invention can be realized both by means of a computer program, that is to say a software, and by means of one or more special electrical circuits, that is to say in hardware, or in any hybrid form, that is to say by means of software components and hardware components.
  • a circuit for a vehicle system for example, an automobile
  • Such a circuit includes electrical connections for connecting a voltage source for providing a mains voltage.
  • a voltage source may be an internal electrical supply voltage source for providing electrical energy for supplying different loads in the vehicle to its or an external voltage source for providing electrical energy.
  • the voltage source may be, for example, a battery.
  • electrical energy is meant in this context both electrical and electro-chemical energy.
  • Voltage drops can occur in the supply network or electrical system to resistances in the electrical system. Voltage drops can also occur at line resistances of the connection cables and associated connectors, which are parasitic.
  • the energy storage device can be any device that can store energy present in the supply network in order to make it available in the event of voltage drops in addition to the energy of the voltage source. In this way, a voltage drop can be compensated.
  • a switching device can be provided which can switch on the energy store as needed. This switching device can ensure that when power drops the energy storage is connected to the power supply and charged in normal operation.
  • the charging of the energy store can preferably take place via a charging reservoir. direction within the vehicle electrical system.
  • the charging device may be, for example, a DC / DC converter.
  • a safety device may be provided, which is set up such that the switching device can be supplied with energy. In this switch can be ensured that the switching device protects the energy storage from overcharging.
  • the energy storage device can be separated, for example, from a charging energy source.
  • the switching device may include a first switch and a second switch, wherein the first switch is coupled to the fuse device.
  • the second switch By means of the second switch, a connection between the energy store and the supply network can be closed in such a way that additionally required energy can be fed from the energy store into the supply network. In normal operation, a connection can be closed by the first switch, so that the energy store is not overloaded.
  • the first switch and / or the second switch may comprise a transistor, in particular a field-effect transistor (FETs), or an integrated driver module.
  • FETs field-effect transistor
  • the first switch or transistor can be connected to the safety device, so that this transistor can be supplied with energy at all times.
  • the second switch can also be a variable resistor.
  • the securing device may have a charge pump, which is coupled to the energy store. The charge pump can be supplied directly with energy in this way, whereby the energy storage itself protects.
  • the charge pump may be configured to be activated from a predefined charging voltage threshold. In this way, the quiescent current at low charging voltage of the energy storage and thus the self-discharge of the energy storage can be lowered.
  • the energy store may be a double-layer capacitor.
  • a capacitor or a double-layer capacitor has the advantage that the charging process can be carried out very quickly.
  • a double-layer capacitor ages significantly more slowly in cyclic loading compared to a conventional battery, so that a regular functional check of the energy storage device is not required or at least only has to be carried out at relatively long intervals.
  • the double-layer capacitor has a lifetime of at least 10 years, preferably 20 years, during which time the capacity decreases less than, for example, 20%. Due to the described long life of the capacitor can be guaranteed for the entire system almost complete freedom from maintenance, without affecting the reliability would be affected. In particular, replacement of batteries or accumulators is not required.
  • the vehicle may be, for example, an automobile (for example a motor vehicle, in particular a passenger car or a lorry).
  • an automobile for example a motor vehicle, in particular a passenger car or a lorry
  • Figure 1 shows a schematic circuit for a vehicle according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows an equivalent circuit diagram for a normal operation of a circuit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit with a voltage source not connected according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows an equivalent circuit diagram for an operation of a circuit with external charging of the voltage source according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a circuit for stabilizing the mains voltage without a safety device.
  • FIG. 6 shows the circuit of FIG. 5 with safety device.
  • FIG. 7 likewise shows the circuit of FIG. 5 with safety device.
  • Fig. 1 shows a schematic circuit for a vehicle according to an embodiment of the invention.
  • the circuit 100 has electrical connections 101 for connecting a voltage source, for example a battery.
  • the circuit has a switching device 103.
  • an energy store 102 can be connected in series with the voltage source.
  • the switching device is powered by a fuse device 104 to ensure that the switching device is active at all times. In this way it can be prevented that the energy storage is overloaded by false couplings within the circuit.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram for a normal operation of a circuit 200 according to an embodiment of the invention.
  • voltage drops across the parasitic resistances of the vehicle electrical system or supply network are compensated in the starting moment of the internal combustion engine by an additional energy storage device 202 in series with the battery 201.
  • This switching device consists of the semiconductor switches Kl and K2.
  • the circuit further includes a voltage or current source 205 connected in series with the battery.
  • the energy storage for example, a double-layer capacitor DLC, the system uncontrolled by the body diode of the switch K2 and possibly overcharged.
  • the energy storage for example, a double-layer capacitor DLC, the system uncontrolled by the body diode of the switch K2 and possibly overcharged.
  • MosFets are also used for the Kl, which you have to actively control to guide them, you need them anytime a voltage source to always be able to establish the safe state.
  • the charging voltage of the DLC (max 5V) is not enough to completely switch the MosFets on. For this purpose, a voltage of min. 6,5V necessary.
  • the battery 201 is charged.
  • the switch Kl is therefore closed. As long as a voltage drop across the switch K1 equal to the charging current multiplied by the resistance Rdson (less than lmOhm) of Kl is less than a voltage (greater than 0.2V) at the switch K2, current flows through the switch K1.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit 300 with a voltage source not connected according to one exemplary embodiment of the invention.
  • This circuit has other network components 306 in addition to the elements of FIG. If the battery 301 is not connected, there is no current path through the system. An overcharge of the energy store 302 therefore can not occur.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram for an operation of a circuit 400 with external charging 405 of the voltage source 401 according to one exemplary embodiment of the invention.
  • the switches K1 and K2 are simultaneously open.
  • the switch K1 When the switch K1 is opened, the current may flow through the body diode of the switch K2 and through the energy storage 402 (DLC). This allows the energy storage to a voltage getting charged. If the result is greater than the maximum permissible charging voltage of the energy store, the energy store becomes overloaded and can be destroyed. The flow of the current through the energy storage 402 can only by closing the switch Kl be prevented. Therefore, a power supply for Kl must be ensured.
  • DLC energy storage 402
  • FIG. 5 shows a circuit 500 for stabilizing the mains voltage without a safety device.
  • the switch K2 is also arranged here in series with the energy store or double-layer capacitor 502.
  • the switch K2 may consist of an interconnection of several transistors and amplifiers.
  • K2 has a plurality of Mosfets connected in parallel because of the required current carrying capacity or the resulting power loss.
  • FIG. 6 shows the circuit 600 of FIG. 5 with a fuse device 604.
  • the switch K1 requires a safeguarded power supply.
  • This can be for example a voltage source.
  • a charge pump 604 is used here, which is fed from the energy store (DLC) 602 to be protected.
  • the DLC virtually protects itself.
  • a charge pump has ideal properties for this task, such as low costs due to low component costs and low power loss.
  • the relatively high-impedance output is sufficient to supply the MosFets of the Kl completely.
  • the maximum output voltage of 2 times the input voltage.
  • the charge pump is only activated at a charging voltage of the DLC of approx.
  • the charge pump is also active when the Charging voltage on the DLC exceeds this switch-on threshold. But because the output of the circuit is so high impedance, it is overruled by the control electronics of the entire system.
  • FIG. 7 likewise shows the circuit 700 of FIG. 5 with safety device.
  • the security device is formed by a relay 704.
  • the relay When the system is off, the relay is closed so that the switch K1 can become high impedance.
  • the relay When the system is activated, the relay must be actively switched off. In this case, when the system is turned off, no power supply is needed for the switch K1.

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Abstract

Schaltung (100) zum Stabilisieren einer Netzspannung in einemVersorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, wobei die Schaltung (100) einen elektrischen Anschluss (101), eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung, einen Energiespeicher (102), welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist, eine Umschaltvorrichtung (103), die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher (102) in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und eine Sicherungsvorrichtung (104) aufweist, die mit der Umschaltvorrichtung (103) gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung (103) mit Energie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern.

Description

Beschreibung
Schaltung zum Stabilisieren einer Netzspannung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Programm-Element.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium.
Moderne Kraftfahrzeuge bilden komplexe Systeme von Hardware und Software. Zur Regelung und Steuerung des mechatronischen Systems Automobil kommt eine hohe Zahl verschiedenster Steuergeräte zum Einsatz. Die Gesamtheit aller Steuergeräte bildet ein hochgradig vernetztes System auf Grundlage unter- schiedlicher Bussysteme bzw. Kommunikationseinrichtungen. Die mit einem solchen System gegebene Heterogenität von Hard- und Software ist hochkomplex. Die Energieversorgung von Automobilen ist besonders bei komfortabler Ausstattung eine kritische Komponente. So müssen beispielsweise in Fahrzeugen verschie- dene Lasten, beispielsweise Relais, andere Steuergeräte oder Motoren, mit Energie beziehungsweise Spannung versorgt werden, um diese zu aktivieren und aktiv zu halten. Bei verschiedenen Vorgängen während des Betriebs, beispielsweise beim Starten, kann es jedoch zu einem Abfall der Versorgungsspannung an Lasten oder parasitären Widerständen kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, zu stabilisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungs- netz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei die Schaltung einen elektrischen An- schluss, eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung, einen Energiespeicher, welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist, eine Umschaltvorrichtung, die mit dem Energiespeicher gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und eine Sicherungsvorrich- tung aufweist, die mit der Umschaltvorrichtung gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung mit E- nergie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers zu verhindern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das eine Schaltung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz des Fahrzeugs aufweist. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei das Verfahren das Be- reitstellen einer Netzspannung, das Zuschalten eines Energiespeichers durch eine Umschaltvorrichtung, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und das Versorgen der Umschaltvorrichtung mit Energie durch eine Sicherungsvorrichtung, um ein Überladen des Energiespeichers zu verhindern, aufweist.
In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, gespeichert, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte steuert, aufweist bzw. durchführt.
Ein Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. steuert oder führt diese durch) , wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware- Komponenten, realisiert werden. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schaltung für ein Fahrzeugsystem (zum Beispiel ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug) geschaffen, welches eine Netzspannung in einem Versorgungsnetz stabilisiert. Eine solche Schaltung enthält elektrische Anschlüsse zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung. Eine solche Spannungsquelle kann eine interne elektrische Ver- sorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Versorgen von unterschiedlichen Lasten in dem Fahr- zeug seine oder eine externe Spannungsquelle zum Bereitstellen elektrischer Energie. Bei der Spannungsquelle kann es sich beispielsweise um eine Batterie handeln. Unter elektrischer Energie ist in diesem Zusammenhang sowohl elektrische als auch elektro-chemische Energie zu verstehen.
Spannungsabfälle können in dem Versorgungsnetz oder Bordnetz an Widerständen im Bordnetz auftreten. Spannungsabfälle können auch an Leitungswiderständen der Verbindungskabel und der zugehörigen Verbinder auftreten, die parasitär sind.
In diesem Zusammenhang kann der Energiespeicher eine beliebige Vorrichtung sein, die in dem Versorgungsnetz vorhandene Energie speichern kann, um diese bei Spannungsabfällen zusätzlich zu der Energie der Spannungsquelle zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise kann ein Spannungsabfall kompensiert werden .
Des Weiteren kann eine Umschaltvorrichtung vorgesehen sein, die den Energiespeicher bedarfsweise zuschalten kann. Diese Umschaltvorrichtung kann dafür Sorge tragen, dass bei Spannungsabfällen der Energiespeicher dem Versorgungsnetz zugeschaltet wird und im Normalbetrieb aufgeladen wird. Bevorzugt kann die Aufladung des Energiespeichers über eine Aufladevor- richtung innerhalb des Bordnetzes erfolgen. Die Aufladevorrichtung kann beispielsweise ein DC/DC-Wandler sein.
Eine Sicherungsvorrichtung kann vorgesehen sein, die derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung mit Energie versorgbar ist. Auf diese Weiche kann sichergestellt werden, dass die Umschaltvorrichtung den Energiespeicher vor einer Überladung schützt. Der Energiespeicher kann beispielsweise von einer ladenden Energiequelle getrennt werden.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Schaltung beschrieben. Diese gelten auch für das Verfahren, für das Fahrzeug, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
Die Umschaltvorrichtung kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweisen, wobei der erste Schalter mit der Sicherungsvorrichtung gekoppelt ist. Durch den zweiten Schalter kann eine Verbindung zwischen dem Energiespeicher dem Versorgungsnetz derart geschlossen werden, dass zusätzlich benötigte Energie aus dem Energiespeicher in das Versorgungsnetz eingespeist werden kann. Durch den ersten Schalter kann im Normalbetrieb eine Verbindung geschlossen werden, so dass der Energiespeicher nicht überladen wird.
Der erste Schalter und/oder der zweite Schalter kann einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FETs) , oder integrierte Treiberbaustein aufweisen. Hierbei kann der erste Schalter beziehungsweise Transistor mit der Sicherungs- Vorrichtung verbunden sein, so dass dieser Transistor jederzeit mit Energie versorgt werden kann. Der zweite Schalter kann auch ein regelbarer Widerstand sein. Die Sicherungsvorrichtung kann eine Ladungspumpe aufweisen, die mit dem Energiespeicher gekoppelt ist. Die Ladungspumpe kann auf diese Weise direkt mit Energie versorgt werden, wodurch sich der Energiespeicher selbst schützt.
Die Ladungspumpe kann eingerichtet sein, um ab einem vordefinierten Schwellenwert der Ladespannung aktiviert zu werden. Auf diese Weise kann der Ruhestrom bei niedriger Ladespannung des Energiespeichers und damit die Selbstentladung des Ener- giespeichers gesenkt werden.
Der Energiespeicher kann ein Doppelschichtkondensator sein. Im Vergleich zu der Verwendung einer wieder aufladbaren Batterie hat ein Kondensator bzw. ein Doppelschicht-Kondensator den Vorteil, dass der Ladevorgang sehr schnell erfolgen kann. Ferner altert insbesondere ein Doppelschicht-Kondensator im Vergleich zu einem herkömmlichen Akku bei zyklischer Belastung deutlich langsamer, so dass eine regelmäßige Funktionsüberprüfung des Energiespeichers nicht erforderlich ist oder zumindest nur in vergleichsweise langen Abständen durchgeführt werden muss.
Bevorzugt weist der Doppelschicht-Kondensator eine Lebensdauer von zumindest 10 Jahren, vorzugsweise 20 Jahren, auf, wo- bei innerhalb dieser Zeitspanne die Kapazität weniger als beispielsweise 20% abnimmt. Durch die beschriebene lange Lebensdauer des Kondensators kann für das gesamte System eine nahezu vollständige Wartungsfreiheit gewährleistet werden, ohne dass dadurch die Betriebssicherheit beeinträchtigt wäre. Insbesondere ist ein Ersetzen von Batterien oder Akkumulatoren nicht erforderlich.
Im Vergleich zu anderen Kondensatoren weisen Doppelschicht- Kondensatoren, welche den beteiligten Fachkreisen auch unter den Begriffen bzw. Markennamen Goldcaps, Supercaps, Boostcaps oder Ultracaps geläufig sind, eine deutlich größere Kapazität auf. Die hohe Kapazität dieser Kondensatoren und damit die Möglichkeit der effektiven elektrostatischen Energiespeiche- rung beruht auf (a) einer großen Elektrodenfläche und (b) der Dissoziation von Ionen in einem flüssigen Elektrolyt, welches ein Dielektrikum mit einer Dicke von nur wenigen Atomlagen bildet.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Schaltung, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug o- der Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Schaltung in einem Zug, in einem Luftfahrzeug (zum Beispiel einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einem Zeppelin) oder in einem Schiff zu implementieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Schaltung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Normalbetrieb einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung .
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung mit nicht angeschlossener Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung mit externer Aufladung der Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 5 zeigt eine Schaltung zur Stabilisierung der Netzspannung ohne Sicherungsvorrichtung.
Figur 6 zeigt die Schaltung von Figur 5 mit Sicherungsvorrichtung.
Figur 7 zeigt ebenfalls die Schaltung von Figur 5 mit Sicherungsvorrichtung .
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen . Fig. 1 zeigt eine schematische Schaltung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei weist die Schaltung 100 elektrische Anschlüsse 101 für das An- schließen einer Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie, auf. Des Weiteren weist die Schaltung eine Umschaltvorrichtung 103 auf. Durch die Umschaltvorrichtung kann ein E- nergiespeicher 102 in Serie mit der Spannungsquelle geschalten werden. Die Umschaltvorrichtung wird durch eine Siche- rungsvorrichtung 104 mit Energie versorgt, um sicherzustellen, dass die Umschaltvorrichtung jederzeit aktiv ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Energiespeicher durch falsche Kopplungen innerhalb der Schaltung überladen wird.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Normalbetrieb einer Schaltung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem System werden Spannungsabfälle an den parasitären Widerständen des Fahrzeugbordnetzes beziehungsweise Versorgungsnetzes im Startaugenblick des Verbrennungsmotors durch einen zusätzlichen Energiespeicher 202 in Serie zur Batterie 201 kompensiert. Dazu braucht man eine Umschalteinrichtung, mit der sich der Energiespeicher zu- bzw. abschalten lässt. Im diesem System besteht diese Umschalteinrichtung aus den Halbleiterschaltern Kl und K2. Die Schaltung weist des Weiteren eine Spannungs- oder Stromquelle 205 auf, die mit der Batterie in Serie geschaltet ist. Durch die Verwendung von MosFets als Halbleiterschalter muss man sicherstellen, dass, wenn die normale Auto-Batterie geladen wird, der Schalter Kl geschlossen ist. Sonst würde der Energiespeicher, beispielsweise ein Doppelschichtkondensator DLC, des Systems durch die Body-Diode des Schalters K2 unkontrolliert auf- und evtl. überladen. Da auch für den Kl MosFets verwendet werden, die man aktiv aufsteuern muss, damit sie leiten, braucht man jederzeit eine Spannungsquelle, um immer den sicheren Zustand herstellen zu können. Die Ladespannung des DLC (max. 5V) reicht aber nicht aus, um die MosFets komplett durchzuschalten. Dazu ist eine Spannung von min. 6,5V nötig.
In der Schaltung von Figur 2 wird die Batterie 201 geladen. Der Schalter Kl ist daher geschlossen. Solange ein Spannungsabfall am Schalter Kl, der gleich dem Ladestrom multipliziert mit dem Widerstand Rdson (kleiner als lmOhm) von Kl ist, kleiner als eine Spannung (größer als 0,2 V) am Schalter K2 ist, fließt Strom durch den Schalter Kl.
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung 300 mit nicht angeschlossener Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Schaltung weist zusätzlich zu den Elementen von Figur 2 noch andere Netzkomponenten 306 auf. Wenn die Batterie 301 nicht angeschlossen ist, existiert kein Strompfad durch das System. Eine Überladung des Energiespeichers 302 kann daher nicht auf- treten.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung 400 mit externer Aufladung 405 der Spannungsquelle 401 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ersatzschaltbild sind die Schalter Kl und K2 gleichzeitig geöffnet. Wenn der Schalter Kl geöffnet ist, kann der Strom durch die Bodydiode des Schalters K2 und durch den Energiespeicher 402 (DLC) fließen. Dadurch kann der Energiespeicher auf eine Spannung
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geladen werden. Wenn das Er- gebnis größer als die maximal zulässige Ladespannung des E- nergiespeichers ist, wird der Energiespeicher überladen und kann zerstört werden. Das Fließen des Stroms durch den Energiespeicher 402 kann nur durch das Schließen des Schalters Kl verhindert werden. Daher muss eine Energieversorgung für Kl sichergestellt werden.
Figur 5 zeigt eine Schaltung 500 zur Stabilisierung der Netz- Spannung ohne Sicherungsvorrichtung. In dieser Schaltung ist zusätzlich zu der Schaltung in Figur 4 gezeigt, dass Verbraucher 506 in dem System vorhanden sind, an denen die Spannungsabfälle auftreten können. Der Schalter K2 ist auch hier in Serie mit dem Energiespeicher beziehungsweise Doppel- schichtkondensator 502 angeordnet. Der Schalter K2 kann aus einer Verschaltung mehrerer Transistoren und Verstärker bestehen. Bevorzugt weist K2 mehrere parallelgeschaltete Mos- Fets aufgrund der geforderten Stromtragfähigkeit beziehungsweise der anfallenden Verlustleistung auf.
Figur 6 zeigt die Schaltung 600 von Figur 5 mit einer Sicherungsvorrichtung 604. Wie beschrieben benötigt der Schalter Kl eine sichergestellte Energieversorgung. Dies kann beispielsweise eine Spannungsquelle sein. Zur Erzeugung dieser Spannungsquelle wird hier eine Ladungspumpe 604 verwendet, die aus dem zu schützenden Energiespeicher (DLC) 602 gespeist wird. Der DLC schützt sich quasi selbst. Eine Ladungspumpe hat für diese Aufgabe ideale Eigenschaften wie niedrige Kosten durch kleinen Bauteileaufwand und niedrige Verlustleis- tung. Der relativ hochohmige Ausgang reicht zum Versorgen der MosFets des Kl völlig aus. Ebenso die maximale Ausgangsspannung von 2mal der Eingangsspannung. Um den Ruhestrom bei niedriger Ladespannung des DLC- und damit die Selbstentladung- zu senken wird die Ladungspumpe erst ab einer Ladespan- nung des DLC ca. 0,5V unterhalb seiner maximal zulässigen Ladespannung aktiviert. Im normalen Betrieb ist die Ladungspumpe auch dann aktiv, wenn die Ladespannung am DLC diese Einschaltschwelle überschreitet. Weil der Ausgang der Schaltung aber so hochohmig ist, wird er von der Steuerungselektronik des Gesamtsystems überstimmt.
Figur 7 zeigt ebenfalls die Schaltung 700 von Figur 5 mit Sicherungsvorrichtung. In diesem Fall wird die Sicherungsvorrichtung durch ein Relais 704 gebildet. Wenn das System abgeschaltet ist, ist das Relais geschlossen, so dass der Schalter Kl hochohmig werden kann. Wenn das System aktiviert wird, muss das Relais aktiv abgeschaltet werden. Wenn das System abgeschaltet ist, wird in diesem Fall für den Schalter Kl keiner Energieversorgung benötigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Aus- führungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Viel- zahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung (100) zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versor- gungsnetz eines Fahrzeugs, wobei die Schaltung (100) aufweist :
• einen elektrischen Anschluss (101), eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung; • einen Energiespeicher (102), welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist;
• eine Umschaltvorrichtung (103), die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher (102) in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und
• eine Sicherungsvorrichtung (104), die mit der Umschaltvorrichtung (103) gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung (103) mit Energie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern .
2. Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Umschaltvor- richtung (103) einen ersten Schalter (Kl) und einen zweiten Schalter (K2) aufweist, wobei der erste Schalter (Kl) mit der Sicherungsvorrichtung (104) gekoppelt ist.
3. Schaltung (100) nach Anspruch 2, wobei der erste Schal- ter (Kl) und/oder der zweite Schalter (K2) einen Transistor, insbesondere einen FET, oder integrierten Treiberbaustein aufweisen.
4. Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sicherungsvorrichtung (104) eine Ladungspumpe aufweist, die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist.
5. Schaltung (100) nach Anspruch 4, wobei die Ladungspumpe eingerichtet ist, um ab einem vordefinierten Schwellenspannungswert der Ladespannung aktiviert zu werden.
6. Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Energiespeicher (102) ein Doppelschichtkondensator ist.
7. Fahrzeug, aufweisend eine Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz des Fahrzeugs.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7, das Fahrzeug ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Automobil, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem Zug, einem Luftfahrzeug und einem Schiff.
9. Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz (101), insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen einer Netzspannung;
• Zuschalten eines Energiespeichers (102) durch eine Umschaltvorrichtung (103), um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und
• Versorgen der Umschaltvorrichtung (103) mit Energie durch eine Sicherungsvorrichtung (104), um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern.
10. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, gespeichert ist, wobei das Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder
Steuern des Verfahrens nach Anspruch 9 eingerichtet ist.
11. Programm-Element zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versor- gungsnetz eines Fahrzeugs, wobei das Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach Anspruch 9 eingerichtet ist.
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