WO2018210494A1 - Method for operating an on-board power supply system - Google Patents

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WO2018210494A1
WO2018210494A1 PCT/EP2018/059285 EP2018059285W WO2018210494A1 WO 2018210494 A1 WO2018210494 A1 WO 2018210494A1 EP 2018059285 W EP2018059285 W EP 2018059285W WO 2018210494 A1 WO2018210494 A1 WO 2018210494A1
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WO
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electrical system
switching element
load
current
switch
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PCT/EP2018/059285
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German (de)
French (fr)
Inventor
Nils Draese
Mirko Schinzel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14Balancing the load in a network
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1438Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in combination with power supplies for loads other than batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a vehicle electrical system and such a vehicle electrical system.
  • the invention particularly relates to a method for operating a vehicle electrical system, in which the electrical system is started up.
  • Document EP 2 721 704 B1 describes a method for connecting multi-voltage networks.
  • a DC-DC converter is provided which couples a first vehicle electrical system with a first vehicle electrical system voltage with a second vehicle electrical system with a second vehicle electrical system voltage.
  • a charging means increases the second vehicle electrical system voltage before connecting an energy store for feeding the second vehicle electrical system.
  • the presented method allows by simple measures in the reverse operation of a DC-DC converter, in particular a bidirectional throttle buck converter, a charge of an energy storage on the primary side.
  • the electrical system After commissioning of the motor vehicle, the electrical system must be started up. It must be ensured that consumers are adequately supplied within the shortest possible time.
  • the peak or peak current during the connection of the load must be limited in order not to trigger any fuse functions
  • the proposed method is used to operate a vehicle electrical system, this being used in particular during the startup of the electrical system. It is provided in the method, the consumers in the electrical system, at least some of the consumers in the electrical system to selectively control. In the selection of consumers who are started up in this special way, for example, the safety relevance but also the susceptibility to error of the individual consumers can be taken into account.
  • Another embodiment provides a clocked connection of the load.
  • the clocked operation of an intelligent switching element, the load is driven by a pulsed current, so that in this way a limitation of the current is achieved.
  • the current is limited by a clocking operation, in one embodiment via a maximum current limitation.
  • the limitation of the current gradient happens in this case via the parasitic inductance of the wiring harness.
  • the aim is therefore to reduce the energy W pa r, which leads to disturbances and damage.
  • an internal DC link capacitor (C e i n ) also a freewheeling element is created, in which the current can be stored from the harness inductance. This avoids an avalanche load on the switch as much as possible.
  • Increasing the input capacitance also reduces the frequency at which the harness swings to frequencies below the E MV-related range.
  • By choosing an input con- sators with significant internal loss resistance also reduces the quality of the resonant circuit.
  • the distance between two clocks can be chosen so large that the oscillation has dropped to an uncritical level. This is z. 1 ms.
  • the low switching frequency also leads to a, typically on average, very low high-frequency interference spectrum, which is advantageous in terms of EMC (electromagnetic compatibility).
  • the goal is to pre-load other on-board power supply units and loads through the switch unit only when the main on-board power supply is in a stable state, ie. H. the lithium-ion battery is switched on hard. This makes it possible to realize an optimized wave-like run-up of on-board networks.
  • Another possibility is the evaluation of the required number of clock processes to allow a diagnosis of the connected load or the sub-board network.
  • the input capacitor may be exposed during normal operation by the Bordnetzwelltechnik a high RMS load.
  • it is useful to connect the capacitor in the form of an active attenuator for example an attenuator with resistor R, capacitor C and diode D, which is also referred to as RCD snubber.
  • the inverse diode of a MOSFET of the switching element can be used in the example in order to derive switch-off and glitches at any time into the capacitor.
  • the mosfet can be driven to provide a backup function through the capacitor, such as a 100 iF capacitor.
  • the presented vehicle electrical system is set up to carry out the method described here.
  • This vehicle electrical system comprises a number of consumers, all of which, or at least some of them selectively, can each be started up via an intelligent power switch, for example an electronic power distribution unit (ePDU).
  • ePDU electronic power distribution unit
  • Figure 1 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system, which is powered up in a conventional manner, together with curves of electrical quantities.
  • FIG. 2 shows in a further block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up by means of a linear switching element, together with curves of electrical quantities.
  • FIG. 3 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up in accordance with an embodiment of the presented method, together with courses of electrical quantities.
  • FIG. 4 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up in accordance with a further embodiment of the presented method.
  • FIG. 1 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 10.
  • the illustration shows a power supply 1 1, for example, a lithium-ion battery, a load or a consumer 12 and a switching element 14.
  • the illustration also shows a first Lei In the switching element 14, a driver 30, a switch 32 with parallel-connected first diode 34, a second capacitor 36 and a second diode 38 are provided.
  • the second capacitance 36 and the second diode 38 are connected to an internal ground potential 40 within the switching element 14. This internal ground potential is connected via a Zu effetsinduktcultivated 42 with the central electrical system ground.
  • the load 12 is shown with a resistor 50 and a third capacitor 52.
  • the task of the circuit element 14 is to connect or disconnect the load 12 to the vehicle electrical system 10 within the vehicle electrical system 10.
  • This resonant circuit leads to overvoltages, especially in a 48 V electrical system, which is above the maximum allowable limits lie.
  • a first curve 60 shows the course of the current through the switch 32
  • a second curve 62 shows the curve of the voltage at an input V, n 64
  • a third curve 66 shows the curve of the voltage at the load 12.
  • the curves 60, 62 , 66 illustrate that there is a swing in the current flow (first curve 60), which causes the voltage at the input V, n 64 (second curve 62) also oscillates and reaches values up to 60 V.
  • the voltage on the load 12 also oscillates (third curve 66) and reaches values up to 80 V. This can cause damage to the load 12.
  • FIG. 2 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is denoted overall by the reference numeral 100.
  • the diagram shows an energy supply 1 1 1, for example a lithium-ion battery, a load or a consumer.
  • the illustration also shows a first line inductance 120, a first line resistance 122, a second line inductance or supply line inductance 124 and a second line resistance 126.
  • a drive 130, a switch 132 with parallel connected first diode 134, a second capacitor 136, a second diode 138 and a linear current limiter 139 are provided in the switching element 1 14 to an internal ground potential 140.
  • This internal ground potential 140 is connected via the supply line inductance 124 to the central vehicle electrical system.
  • the load 12 is represented by a resistor 150 and a third capacitor 152.
  • the linear current limiter 139 together with the switch 132 represents a linear switching element, with which the pre-charging of the load 1 12 can be realized with a defined current level and limited excitation of the resonant circuit.
  • the linear current limiter 139 can also be implemented directly in the switch 132.
  • a first curve 160 shows the course of the current through the switch 132.
  • a second curve 162 shows the curve of the voltage at an input V, n 164 and a third curve 166 shows the profile of the voltage at the load 112.
  • the curves 160, 162 , 166 show that there is only a slight swing in the current (first curve 160) and that the values for the voltages (second and third curves 162, 166) remain within a permissible range.
  • linear operation brings a high peak power dissipation.
  • special power switches are required when the linear operation is implemented within the switch 132.
  • FIG. 3 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 200.
  • the illustration shows an energy supply 21 1, for example a lithium-ion battery, a load or a consumer.
  • the illustration also shows a first line inductance 220, a first line resistance 222, a second line inductance 224, and a second line resistance 226.
  • the load 212 is represented by a resistor 250 and a capacitor 252.
  • the switching element 214 are a flip-flop 260, a timer 262, a comparator 264, a limit switch 266, a current measuring element 268, a switch 270, a first diode 272, a second diode 274, a first capacitor 276, 278 and a second one Capacity 278 provided.
  • the first and second capacitors and the second diode 274 are connected to an internal ground potential 280 within the switching element 214. This internal ground potential is connected via a Zu effetsinduktbericht 254 with the central electrical system ground.
  • the flip-flop 260 is set and the switch 270 is opened.
  • the switch 270 is thus closed for a first period.
  • the first period is, for example, ⁇ ⁇ and is dependent on the measured current.
  • the second period is typically given and may vary.
  • the second period at the beginning of the startup for example, to 5 ms, for example.
  • set and then gradually or continuously for example, to 1 ms, and possibly also depending on the first period, reduced.
  • the clocked operation obtained in this way limits the current, in this case via a maximum current limitation.
  • the maximum value is predetermined by the value of the limit switch 266. It takes into account how much the consumer 212 can be charged.
  • a first curve 260 shows the course of the current through the switch 270.
  • a second curve 262 shows the profile of the voltage at an input V, n 264, and a third curve 266 shows the profile of the voltage at the consumer 212.
  • the curves 260, 262, 266 illustrate that the current moves primarily at an OA level, until it increases in stages to short current peaks 270 (first curve 260) and the voltage across the load 212 (third curve 266). A significant swinging or even overshooting can not be determined.
  • FIG. 4 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is denoted overall by the reference numeral 300.
  • the illustration shows a power supply 31 1, for example a lithium-ion battery, a load or a load 312 and a switching element 314.
  • the illustration also shows a first line inductance 320, a first line resistance 322, a second line inductance 324 and a second one Line resistance 326.
  • the load 312 is represented by a resistor 350 and a capacitor 352.
  • the switching element 314 In the switching element 314 are a flip-flop 360, a clock 362, a comparator 364, a limit switch 366, a current measuring element 368, a switch 370, a first diode 372, a second diode 374, a first capacitor 376, 378 and a second one Capacity 378 provided.
  • the first and the second capacitance as well as the second diode 374 are connected within the switching element 314 to an internal ground potential 380. This internal ground potential is connected via a Zu effetsindukt scholar 354 with the central electrical system ground. Furthermore, a mosfet 390 with parallel resistor 392 is shown.
  • the inverse diode of the Mosfet 390 is used to derive switch-off and glitches on the capacitor, the first capacitor, 376 in the capacitance-larger capacitor, the second capacitor, 378.
  • overvoltage pulses which are generated when the switch 370 is switched off by the onboard power inductors 320, 324 and 354 can decay through the parallel path of the transistor 390, the capacitor 378 and the diode 374.
  • the transistor 390 may be driven to allow bidirectional current measurement.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating an on-board power supply system (200), comprising a number of consumers (212), wherein at least some of the consumers (212) are switched on selectively in each case via a switching element (214), wherein a limitation of the current flowing through the switching element (214) is carried out.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes  Method for operating a vehicle electrical system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes und ein solches Bordnetz. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes, bei dem das Bordnetz hochgefahren wird. The invention relates to a method for operating a vehicle electrical system and such a vehicle electrical system. The invention particularly relates to a method for operating a vehicle electrical system, in which the electrical system is started up.
Stand der Technik State of the art
Unter einem Bordnetz ist insbesondere im automotiven Einsatz die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Somit sind davon sowohl elektrische Verbraucher als auch Versorgungsquellen, wie bspw. Generatoren oder elektrische Speicher, z. B. Batterien, umfasst. Im Kraftfahrzeug ist darauf zu achten, dass elektrische Energie so verfügbar ist, dass das Kraftfahrzeug jederzeit gestartet werden kann und während des Betriebs eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt ist. Aber auch im abgestellten Zustand sollen elektrische Verbraucher noch für einen angemessenen Zeitraum betreibbar sein, ohne dass ein nachfolgender Start beeinträchtigt wird. Unter einem IVlehrspannungsbordnetz versteht man ein Bordnetz mit mehreren Teilnetzen, die eine unterschiedliche Versorgungsspannung haben. Diese Teilnetze sind über Kopplungselemente, wie bspw. Gleichspannungswandler, miteinander gekoppelt bzw. verbunden. Under a vehicle electrical system is to be understood in particular in the automotive use, the totality of all electrical components in a motor vehicle. Thus, both electrical consumers and sources of supply, such as. Generators or electrical storage, z. As batteries includes. In the motor vehicle care must be taken that electrical energy is available in such a way that the motor vehicle can be started at any time and sufficient power is ensured during operation. But even when parked, electrical consumers should still be operable for a reasonable period of time, without a subsequent start being impaired. Under an IVlehrspannungsbordnetz means an electrical system with several subnets, which have a different supply voltage. These subnets are coupled or connected to each other via coupling elements, such as DC-DC converters.
Die Druckschrift EP 2 721 704 Bl beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von Mehrspannungsnetzen. Bei diesem ist ein Gleichspannungswandler vorgesehen, der ein erstes Bordnetz mit einer ersten Bordnetzspannung mit einem zweiten Bordnetz mit einer zweiten Bordnetzspannung koppelt. Bei dem Verfahren erhöht ein Lademittel die zweite Bordnetzspannung vor dem Zuschalten eines Energiespeichers zur Speisung des zweiten Bordnetzes. Das vorgestellte Verfahren er- möglicht durch einfache Maßnahmen auch im Reversebetrieb eines Gleichspannungswandlers, insbesondere eines bidirektionalen Drossel-Tiefsetzstellers, eine Aufladung eines Energiespeichers auf der Primärseite. Document EP 2 721 704 B1 describes a method for connecting multi-voltage networks. In this, a DC-DC converter is provided which couples a first vehicle electrical system with a first vehicle electrical system voltage with a second vehicle electrical system with a second vehicle electrical system voltage. In the method, a charging means increases the second vehicle electrical system voltage before connecting an energy store for feeding the second vehicle electrical system. The presented method allows by simple measures in the reverse operation of a DC-DC converter, in particular a bidirectional throttle buck converter, a charge of an energy storage on the primary side.
Nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs muss das Bordnetz hochgefahren werden. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Verbraucher innerhalb eines möglichst kurzen Zeitraums ausreichend versorgt sind. After commissioning of the motor vehicle, the electrical system must be started up. It must be ensured that consumers are adequately supplied within the shortest possible time.
48 V-Bordnetze werden derzeit über ein Verfahren hochgefahren, das dem Verfahren zum Hochfahren von Hochspannungsbordnetzen entspricht. Dabei wird in einem strombegrenzten Betrieb das Stromniveau des Bordnetzes in Summe auf die Zielspannung gebracht. Zu beachten ist, dass durch den ström begrenzten Betrieb Schwingungen und Störungen automatisch reduziert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Bordnetz nur als Ganzes hochgefahren werden kann. Falls der Hochlauf scheitert, weil eine Komponente defekt ist, kann das Bordnetz nicht weiter betrieben werden. 48 V electrical systems are currently being started up using a process that corresponds to the process of starting high-voltage on-board electrical systems. In this case, the current level of the electrical system is brought to the target voltage in total in a current-limited operation. It should be noted that vibrations and disturbances are automatically reduced by the flow-limited operation. It should be noted that the electrical system can only be started up as a whole. If the startup fails because a component is defective, the vehicle electrical system can not continue to operate.
Mit Hilfe neuartiger Energieverteiler ist es nunmehr möglich, einzelne Verbraucher über elektronische Sicherungsfunktionen vom Bordnetz zu trennen. Dies kann im Rahmen einer Fehlfunktion innerhalb eines Teilbordnetzes geschehen oder aber auch auf Basis eines erweiterten Energiemanagements. With the help of novel power distributors, it is now possible to separate individual consumers via electronic security functions from the electrical system. This can happen as part of a malfunction within a sub-board network or else on the basis of an extended energy management.
Im Gegensatz zu einem bestehenden 12 V-Bordnetz können viele Verbraucher jedoch nicht ohne weiteres in einem aktiven 48 V-Bordnetz zugeschaltet werden. Da viele Hochleistungsverbraucher mit kapazitiven Eingangskreisen ausgestattet sind, bildet sich ggf. ein Resonanzkreis zwischen der Batterie, der Induktivität des Kabelbaums und der Kapazität der Last. Dieser Resonanzkreis führt zu Überspannungen, die oberhalb der maximal zulässigen Grenzwerte liegen. In contrast to an existing 12 V electrical system, however, many consumers can not be switched on easily in an active 48 V electrical system. Since many high-power consumers are equipped with capacitive input circuits, a resonance circuit between the battery, the inductance of the wiring harness and the capacity of the load may form. This resonant circuit leads to overvoltages that are above the maximum permissible limits.
Weiterhin entsteht bei geschlossenem Schalter ein induktiver Spannungsteiler, durch den die Spannung an der Schalteinheit bzw. Switch Unit einbricht. Durch den resultierenden Spannungseinbruch ist die Versorgung anderer, an der Schalteinheit angeschlossener Verbraucher nicht mehr gewährleistet. Folgende Anforderungen ergeben sich aus dem Zuschalten von Verbrauchern mit kapazitivem Eingangskreis auf ein aktives 48 V-Bordnetz: Furthermore, when the switch is closed, an inductive voltage divider is created, through which the voltage at the switching unit or switch unit breaks. Due to the resulting voltage dip, the supply of other consumers connected to the switching unit is no longer guaranteed. The following requirements result from the connection of loads with capacitive input circuit to an active 48 V electrical system:
Der Spitzen- bzw. Peakstrom während des Zuschaltens des Verbrauchers muss limitiert werden, um: keine Sicherungsfunktionen auszulösen The peak or peak current during the connection of the load must be limited in order not to trigger any fuse functions
- den Eingangskreis des Verbrauchers nicht zu überlasten. - Do not overload the input circuit of the consumer.
Durch das Zuschalten darf das aktive Bordnetz nicht übermäßig zum Schwingen angeregt werden, um die Störung anderer Verbraucher zu vermeiden. Die Spannung im aktiven Bordnetz darf nicht zu stark einbrechen, um Ausfälle und Störungen zu vermeiden. Während des Zuschaltens muss eine Diagnose auf Kurz- schluss, d. h. ein harter oder weicher Kurzschluss, des betreffenden Bordnetzzweigs stattfinden. By switching on the active electrical system must not be excessively excited to vibrate to avoid interference with other consumers. The voltage in the active vehicle electrical system must not break too much to avoid failures and disturbances. During connection, a diagnosis for a short circuit, i. H. a hard or soft short circuit, the relevant board network branch take place.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und Bordnetz nach Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung. DISCLOSURE OF THE INVENTION Against this background, a method according to claim 1 and electrical system according to claim 10 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben eines Bordnetzes, wobei dieses insbesondere im Rahmen des Hochfahrens des Bordnetzes eingesetzt wird. Es ist bei dem Verfahren vorgesehen, die Verbraucher im Bordnetz, zumindest einige der Verbraucher im Bordnetz, selektiv anzusteuern. Bei der Auswahl der Verbraucher, welche auf diese besondere Weise hochgefahren werden, kann bspw. die Sicherheitsrelevanz aber auch die Fehleranfälligkeit der einzelnen Verbrau- eher berücksichtigt werden. The proposed method is used to operate a vehicle electrical system, this being used in particular during the startup of the electrical system. It is provided in the method, the consumers in the electrical system, at least some of the consumers in the electrical system to selectively control. In the selection of consumers who are started up in this special way, for example, the safety relevance but also the susceptibility to error of the individual consumers can be taken into account.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden verschiedene Konzepte vorgestellt, um eine wirtschaftliche Umsetzung der vorstehend aufgeführten Anforderungen zu ermöglichen. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung eines linearen Schaltelements, z. B. eines Planar-Mosfet mit Stromgegenkopplung, um das Vorladen der Last mit definiertem Stromniveau und limitierter Anregung des Schwingkreises zu realisieren. Bei dieser Variante ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Umsetzung des Linearbetriebs zum einen eine hohe Peak-Verlustleistung bedeutet, zum anderen werden spezielle Leistungsschalter und eine spezielle Ansteuerung nur für den Vorladezweck benötigt. In the context of the present application, various concepts are presented in order to enable economic implementation of the requirements listed above. One possibility is to use a linear switching element, e.g. B. a planar mosfet with current feedback to realize the pre-charging of the load with a defined current level and limited excitation of the resonant circuit. In this variant, however, it should be noted that the implementation of the linear operation on the one hand means a high peak power dissipation, on the other hand, special circuit breakers and a special control are needed only for the Vorladezweck.
Eine andere Ausführung sieht ein getaktetes Zuschalten der Last vor. Durch den getakteten Betrieb eines intelligenten Schaltelements wird die Last mit einem gepulsten Strom angesteuert, so dass auf diese Weise eine Begrenzung des Stroms erreicht wird. Insbesondere wird der Strom durch einen taktenden Betrieb limitiert, in einer Ausführung über eine Maximalstromlimitierung. Die Limitierung des Stromgradienten geschieht in diesem Fall über die parasitäre Induktivität des Kabelbaums. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass dadurch keine erhebliche Kostenerhöhung durch spezielle Komponenten verursacht wird. Another embodiment provides a clocked connection of the load. The clocked operation of an intelligent switching element, the load is driven by a pulsed current, so that in this way a limitation of the current is achieved. In particular, the current is limited by a clocking operation, in one embodiment via a maximum current limitation. The limitation of the current gradient happens in this case via the parasitic inductance of the wiring harness. The advantage of this method is that it does not cause any significant increase in costs due to special components.
Durch ein reduziertes Stromniveau ist die Energiemenge, die in der Kabelbauminduktivität gespeichert wird, stark limitiert:
Figure imgf000006_0001
Due to a reduced current level, the amount of energy stored in the harness inductance is severely limited:
Figure imgf000006_0001
Ziel ist daher, die Energie Wpar, die zu Störungen und Schäden führt, zu reduzieren. The aim is therefore to reduce the energy W pa r, which leads to disturbances and damage.
Um zusätzlich Störungen oder Schäden durch den taktenden Betrieb zu vermeiden, sind spezielle Ansteuerstrategien und Entlastungsschaltungen möglich: In order to avoid additional disturbances or damages by the cyclic operation, special control strategies and unloading circuits are possible:
Durch einen internen Zwischenkreiskondensator (Cein) wird zudem ein Freilaufelement geschaffen, in welchem der Strom aus der Kabelbauminduktivität gespeichert werden kann. Dadurch lässt sich eine Avalanche-Belastung des Schalters weitestgehend vermeiden. Durch die Erhöhung der Eingangskapazität reduziert sich auch die Frequenz, mit der der Kabelbaum schwingt, auf Frequenzen unterhalb des E MV-relevanten Bereichs. Durch die Wahl eines Eingangskonden- sators mit signifikantem inneren Verlustwiderstand sinkt zudem die Güte des Schwingkreises. By an internal DC link capacitor (C e i n ) also a freewheeling element is created, in which the current can be stored from the harness inductance. This avoids an avalanche load on the switch as much as possible. Increasing the input capacitance also reduces the frequency at which the harness swings to frequencies below the E MV-related range. By choosing an input con- sators with significant internal loss resistance also reduces the quality of the resonant circuit.
Um zu verhindern, dass das wiederholte Takten des Stroms den Kabelbaum periodisch zum Schwingen anregt, kann zum einen der Abstand zwischen zwei Takten so groß gewählt werden, dass die Schwingung auf ein unkritisches Niveau abgesunken ist . Dieser beträgt z. B. 1 ms. To prevent the repeated cycling of the current periodically stimulates the cable harness to vibrate, on the one hand, the distance between two clocks can be chosen so large that the oscillation has dropped to an uncritical level. This is z. 1 ms.
Um die thermische Belastung von Schalter und Freilauf bei den ersten paar Taktvorgängen zu limitieren, ist es zudem möglich, die Periodendauer am Anfang länger zu wählen, um eine Abkühlung der Halbleiter zu ermöglichen. In order to limit the thermal load of the switch and the freewheel in the first few clock cycles, it is also possible to choose the period longer at the beginning to allow a cooling of the semiconductor.
Die geringe Schaltfrequenz führt zudem zu einem, typischerweise im Mittel, nur sehr geringen hochfrequenten Störspektrum, was vorteilhaft hinsichtlich der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) ist. The low switching frequency also leads to a, typically on average, very low high-frequency interference spectrum, which is advantageous in terms of EMC (electromagnetic compatibility).
Zielführend ist es, erst dann weitere Bordnetzteile und Lasten durch die Switch- Unit vorzuladen, wenn das Hauptbordnetz in einem stabilen Zustand ist, d. h. die Lithium-Ionen-Batterie ist hart zugeschaltet. Hierdurch lässt sich ein optimierter wellenartiger Hochlauf von Bordnetzen realisieren. The goal is to pre-load other on-board power supply units and loads through the switch unit only when the main on-board power supply is in a stable state, ie. H. the lithium-ion battery is switched on hard. This makes it possible to realize an optimized wave-like run-up of on-board networks.
Nach einer bestimmten, insbesondere geringen Anzahl von Taktvorgängen ist es zudem möglich, zu überprüfen, ob sich eine Gegenspannung am Ausgang aufbaut. Falls sich eine stabile Gegenspannung aufgebaut hat, kann ein harter Kurzschluss ausgeschlossen werden. In diesem Fall können weitere Taktvorgänge für ein finales Vorladen freigegeben werden. Zudem kann der Abstand zwischen den Taktvorgängen reduziert werden, da die Belastung für den Freilauf durch die aufgebaute Gegenspannung stark gesunken ist. After a certain, in particular small number of clock cycles, it is also possible to check whether a countervoltage builds up at the output. If a stable reverse voltage has built up, a hard short circuit can be ruled out. In this case, further cycles can be released for a final pre-charge. In addition, the distance between the clocks can be reduced, since the load for the freewheel has dropped sharply by the built counter voltage.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Auswertung der benötigten Anzahl von Taktvorgängen, um eine Diagnose der angeschlossenen Last bzw. des Teilbordnetzes zu gestatten. Another possibility is the evaluation of the required number of clock processes to allow a diagnosis of the connected load or the sub-board network.
Für die Wahl des Abschaltstroms im Vorladebetrieb gelten je nach Kabelbauminduktivitäten verschiedene Randbedingungen. So sollte das Stromniveau so klein gewählt sein, dass die Spannung am Kondensator nicht so weit sinkt, dass die Versorgung von anderen Verbrauchern gefährdet ist. Depending on the harness inductance, different boundary conditions apply for the selection of the cut-off current during pre-charging operation. So the power level should be so small be chosen that the voltage across the capacitor does not drop so low that the supply of other consumers is at risk.
Da die Frequenz, mit der sich die Schwingung zwischen Cein, Kabelbaum und Batterie ausbildet, sehr gering ist, ist es zudem auch möglich, eine gezielt schwingungshemmende Ansteuerung des Schalters zu realisieren. Dies kann durch eine Messung der Eingangsspannung V,n geschehen. Der nächste Einschaltimpuls des Schalters kann dann idealerweise zu dem Zeitpunkt erfolgen, an dem die Schwingung der Eingangsspannung V,n ein lokales Maximum aufweist. Since the frequency with which the oscillation between C e i n , harness and battery is formed, is very low, it is also possible to realize a targeted anti-vibration control of the switch. This can be done by measuring the input voltage V, n . The next switch-on pulse of the switch can then ideally take place at the time at which the oscillation of the input voltage V, n has a local maximum.
Der Eingangskondensator ist ggf. im Normalbetrieb durch die Bordnetzwelligkeit einer hohen Effektivstrombelastung ausgesetzt. Um diese Belastung zu verhindern, ist es sinnvoll, den Kondensator in Form eines aktiven Dämpfungsglieds, bspw. eines Dämpfungsglied mit Widerstand R, Kapazität C und Diode D, was auch als RCD-Snubber bezeichnet wird, zu verschalten. Dabei kann in dem Beispiel die Inversdiode eines Mosfets des Schaltelements verwendet werden, um Abschalt- und Störspitzen jederzeit in den Kondensator abzuleiten. Während des getakteten Vorladens der Last kann der Mosfet angesteuert werden, um eine Stützfunktion durch den Kondensator, bspw. einen 100 i F Kondensator, zu ermöglichen. The input capacitor may be exposed during normal operation by the Bordnetzwelligkeit a high RMS load. In order to prevent this load, it is useful to connect the capacitor in the form of an active attenuator, for example an attenuator with resistor R, capacitor C and diode D, which is also referred to as RCD snubber. In this case, the inverse diode of a MOSFET of the switching element can be used in the example in order to derive switch-off and glitches at any time into the capacitor. During clocked precharging of the load, the mosfet can be driven to provide a backup function through the capacitor, such as a 100 iF capacitor.
Durch die Schaffung eines Freilaufpfads über den Eingangskondensator ist ein Freilauf über die Masseleitung der Schalteinheit nicht mehr zwingend erforderlich. Dies ermöglicht es, ein gesichertes Masse-Konzept zu realisieren. Hierbei wird eine thermische Überlastung der Schalteinheit durch einen unkontrollierten Stromfluss nach Masse vermieden. The creation of a freewheeling path via the input capacitor freewheeling via the ground line of the switching unit is no longer mandatory. This makes it possible to realize a secured mass concept. In this case, a thermal overload of the switching unit is avoided by an uncontrolled flow of current to ground.
Das vorgestellte Bordnetz ist zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Dieses Bordnetz umfasst eine Reihe von Verbrauchern, von denen alle oder doch zumindest einige selektiv jeweils über einen intelligenten Stromschalter, bspw. eine ePDU (ePDU: electronic power distribution unit; elektronische Energieversorgungseinheit), hochgefahren werden können. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. The presented vehicle electrical system is set up to carry out the method described here. This vehicle electrical system comprises a number of consumers, all of which, or at least some of them selectively, can each be started up via an intelligent power switch, for example an electronic power distribution unit (ePDU). Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Last in einem Bordnetz, die auf herkömmliche Weise hochgefahren wird, zusammen mit Verläufen elektrischer Größen. Figure 1 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system, which is powered up in a conventional manner, together with curves of electrical quantities.
Figur 2 zeigt in einem weiteren Blockschaltbild eine Last in einem Bordnetz, die mittels eines linearen Schaltelements hochgefahren wird, zusammen mit Verläufen elektrischer Größen. FIG. 2 shows in a further block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up by means of a linear switching element, together with curves of electrical quantities.
Figur 3 zeigt in einem Blockschaltbild eine Last in einem Bordnetz, die gemäß einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens hochgefahren wird, zusammen mit Verläufen elektrischer Größen. FIG. 3 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up in accordance with an embodiment of the presented method, together with courses of electrical quantities.
Figur 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Last in einem Bordnetz, die gemäß einer weiteren Ausführung des vorgestellten Verfahrens hochgefahren wird. FIG. 4 shows in a block diagram a load in a vehicle electrical system which is started up in accordance with a further embodiment of the presented method.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein stark vereinfachtes Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Energieversorgung 1 1 , bspw. ein Lithium-Ionen-Akku, eine Last bzw. einen Verbraucher 12 und ein Schaltelement 14. Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Lei- tungsinduktivität 20, einen ersten Leitungswiderstand 22, eine zweite Leitungsinduktivität 24 sowie einen zweiten Leitungswiderstand 26. In dem Schaltelement 14 sind eine Ansteuerung 30, ein Schalter 32 mit parallel geschalteter erster Diode 34, eine zweite Kapazität 36 und eine zweite Diode 38 vorgesehen. Die zwei- te Kapazität 36 und die zweite Diode 38 sind innerhalb des Schaltelements 14 an ein internes Massepotential 40 angebunden. Dieses interne Massepotential ist über eine Zuleitungsinduktivität 42 mit der zentralen Bordnetzmasse verbunden. Die Last 12 ist mit einem Widerstand 50 und einer dritten Kapazität 52 wiedergegeben. FIG. 1 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 10. The illustration shows a power supply 1 1, for example, a lithium-ion battery, a load or a consumer 12 and a switching element 14. The illustration also shows a first Lei In the switching element 14, a driver 30, a switch 32 with parallel-connected first diode 34, a second capacitor 36 and a second diode 38 are provided. The second capacitance 36 and the second diode 38 are connected to an internal ground potential 40 within the switching element 14. This internal ground potential is connected via a Zuleitungsinduktivität 42 with the central electrical system ground. The load 12 is shown with a resistor 50 and a third capacitor 52.
Die Aufgabe des Schaltungselements 14 ist, innerhalb des Bordnetzes 10 die Last 12 dem Bordnetz 10 zuzuschalten oder wegzuschalten. The task of the circuit element 14 is to connect or disconnect the load 12 to the vehicle electrical system 10 within the vehicle electrical system 10.
Beim Zuschalten der Last 12 durch Schließen des Schalters 32 kommt es durch den entladenen kapazitiven Eingangskreis, exemplarisch nachgebildet durch dieWhen connecting the load 12 by closing the switch 32, it comes through the discharged capacitive input circuit, exemplified by the
Kapazität 52 und den Widerstand 50, der Last 12 zu einem Resonanzkreis zwischen dem Energiespeicher 11, der Induktivität des Kabelbaums und der Kapazität 52 der Last 12. Dieser Resonanzkreis führt zu Überspannungen, insbesondere bei einem 48 V-Bordnetz, die oberhalb der maximal zulässigen Grenzwerte liegen. Capacitance 52 and the resistor 50, the load 12 to a resonant circuit between the energy storage 11, the inductance of the wiring harness and the capacitance 52 of the load 12. This resonant circuit leads to overvoltages, especially in a 48 V electrical system, which is above the maximum allowable limits lie.
In der Darstellung sind auf der rechten Seite drei Signalverläufe wiedergegeben, die das Zuschalten der Last 12 in dem Bordnetz 10 verdeutlichen. Eine erste Kurve 60 zeigt den Verlauf des Stroms durch den Schalter 32. eine zweite Kurve 62 zeigt den Verlauf der Spannung an einem Eingang V,n 64 und ein dritter Verlauf 66 zeigt den Verlauf der Spannung an der Last 12. Die Kurven 60, 62, 66 verdeutlichen, dass es zu einem Schwingen im Stromverlauf (erste Kurve 60) kommt, was dazu führt, dass die Spannung am Eingang V,n 64 (zweite Kurve 62) ebenfalls schwingt und Werte bis 60 V erreicht. Die Spannung an der Last 12 schwingt ebenfalls (dritte Kurve 66) und erreicht Werte bis zu 80 V. Hierdurch kann es zu einer Beschädigung der Last 12 kommen. In the illustration, three signal curves are reproduced on the right side, which illustrate the connection of the load 12 in the electrical system 10. A first curve 60 shows the course of the current through the switch 32, a second curve 62 shows the curve of the voltage at an input V, n 64, and a third curve 66 shows the curve of the voltage at the load 12. The curves 60, 62 , 66 illustrate that there is a swing in the current flow (first curve 60), which causes the voltage at the input V, n 64 (second curve 62) also oscillates and reaches values up to 60 V. The voltage on the load 12 also oscillates (third curve 66) and reaches values up to 80 V. This can cause damage to the load 12.
Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild ein stark vereinfachtes Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Ener- gieversorgung 1 1 1 , bspw. ein Lithium-Ionen-Akku, eine Last bzw. einen Verbrau- eher 1 12 und ein Schaltelement 1 14. Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Leitungsinduktivität 120, einen ersten Leitungswiderstand 122, eine zweite Leitungsinduktivität bzw. Zuleitungsinduktivität 124 sowie einen zweiten Leitungswiderstand 126. In dem Schaltelement 1 14 sind eine Ansteuerung 130, ein Schalter 132 mit parallel geschalteter erster Diode 134, eine zweite Kapazität 136, eine zweite Diode 138 und einen linearen Strombegrenzer 139 vorgesehen. Die zweite Kapazität 136 und die zweite Diode 138 sind innerhalb des Schaltelements 1 14 an ein internes Massepotential 140 angebunden. Dieses interne Massepotential 140 ist über die Zuleitungsinduktivität 124 mit der zentralen Bordnetzmas- se verbunden Der Verbraucher 1 12 ist mit einem Widerstand 150 und einer dritten Kapazität 152 wiedergegeben. FIG. 2 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is denoted overall by the reference numeral 100. The diagram shows an energy supply 1 1 1, for example a lithium-ion battery, a load or a consumer. The illustration also shows a first line inductance 120, a first line resistance 122, a second line inductance or supply line inductance 124 and a second line resistance 126. In the switching element 1 14, a drive 130, a switch 132 with parallel connected first diode 134, a second capacitor 136, a second diode 138 and a linear current limiter 139 are provided. The second capacitor 136 and the second diode 138 are connected within the switching element 1 14 to an internal ground potential 140. This internal ground potential 140 is connected via the supply line inductance 124 to the central vehicle electrical system. The load 12 is represented by a resistor 150 and a third capacitor 152.
Der lineare Strombegrenzer 139 zusammen mit dem Schalter 132 stellt ein lineares Schaltelement dar, mit dem das Vorladen des Verbrauchers 1 12 mit definier- tem Stromniveau und limitierter Anregung des Schwingkreises zu verwirklichen ist. Der lineare Strombegrenzer 139 kann dabei auch direkt im Schalter 132 umgesetzt werden. The linear current limiter 139 together with the switch 132 represents a linear switching element, with which the pre-charging of the load 1 12 can be realized with a defined current level and limited excitation of the resonant circuit. The linear current limiter 139 can also be implemented directly in the switch 132.
In der Darstellung sind auf der rechten Seite drei Signalverläufe wiedergegeben, die das Zuschalten des Verbrauchers 112 in dem Bordnetz 100 verdeutlichen.In the illustration, three waveforms are reproduced on the right side, which illustrate the connection of the consumer 112 in the electrical system 100.
Eine erste Kurve 160 zeigt den Verlauf des Stroms durch den Schalter 132. eine zweite Kurve 162 zeigt den Verlauf der Spannung an einem Eingang V,n 164 und ein dritter Verlauf 166 zeigt den Verlauf der Spannung an dem Verbraucher 112. Die Kurven 160, 162, 166 zeigen, dass es nur zu einem leichten Schwingen im Strom (erste Kurve 160) kommt und die Werte für die Spannungen (zweite und dritte Kurve 162, 166) in einem zulässigen Rahmen bleiben. A first curve 160 shows the course of the current through the switch 132. A second curve 162 shows the curve of the voltage at an input V, n 164 and a third curve 166 shows the profile of the voltage at the load 112. The curves 160, 162 , 166 show that there is only a slight swing in the current (first curve 160) and that the values for the voltages (second and third curves 162, 166) remain within a permissible range.
Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Umsetzung des Linearbetriebs eine hohe Spitzen-Verlustleistung mit sich bringt. Weiterhin werden spezielle Leis- tungsschalter benötigt, wenn der Linearbetrieb innerhalb des Schalters 132 umgesetzt wird. However, it should be noted that the implementation of linear operation brings a high peak power dissipation. Furthermore, special power switches are required when the linear operation is implemented within the switch 132.
Figur 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein stark vereinfachtes Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 200 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Ener- gieversorgung 21 1 , bspw. ein Lithium-Ionen-Akku, eine Last bzw. einen Verbrau- eher 212 und ein Schaltelement 214. Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Leitungsinduktivität 220, einen ersten Leitungswiderstand 222, eine zweite Leitungsinduktivität 224 sowie einen zweiten Leitungswiderstand 226. Der Verbraucher 212 ist mit einem Widerstand 250 und einer Kapazität 252 wiedergegeben. FIG. 3 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is designated overall by the reference numeral 200. The illustration shows an energy supply 21 1, for example a lithium-ion battery, a load or a consumer. The illustration also shows a first line inductance 220, a first line resistance 222, a second line inductance 224, and a second line resistance 226. The load 212 is represented by a resistor 250 and a capacitor 252.
In dem Schaltelement 214 sind ein Flipflop 260, ein Taktgeber 262, ein Vergleicher 264, ein Grenzwertgeber 266, ein Element zur Strommessung 268, ein Schalter 270, eine erste Diode 272, eine zweite Diode 274, eine erste Kapazität 276, 278 und eine zweite Kapazität 278 vorgesehen. Die erste und die zweite Kapazität sowie die zweite Diode 274 sind innerhalb des Schaltelements 214 an ein internes Massepotential 280 angebunden. Dieses interne Massepotential ist über eine Zuleitungsinduktivität 254 mit der zentralen Bordnetzmasse verbunden. In the switching element 214 are a flip-flop 260, a timer 262, a comparator 264, a limit switch 266, a current measuring element 268, a switch 270, a first diode 272, a second diode 274, a first capacitor 276, 278 and a second one Capacity 278 provided. The first and second capacitors and the second diode 274 are connected to an internal ground potential 280 within the switching element 214. This internal ground potential is connected via a Zuleitungsinduktivität 254 with the central electrical system ground.
Es wird somit mit dem Vergleicher 264, der den Strom durch den Schalter 270 mit einem Wert, der von dem Grenzwertgeber 266 bereitgestellt wird, verglichen.It is thus compared to the comparator 264 which compares the current through the switch 270 with a value provided by the limit 266.
Wird der Grenzwert überschritten, wird das Flipflop 260 gesetzt und es wird der Schalter 270 geöffnet. Der Schalter 270 ist somit für einen ersten Zeitraum geschlossen. Nach Öffnen des Schalters 270 wird dieser nach Ablauf eines zweiten Zeitraums wieder geschlossen. Der erste Zeitraum beträgt bspw. Ι ΟΟμβ und ist abhängig von dem gemessenen Strom. Der zweite Zeitraum wird typischerweise vorgegeben und kann auch variieren. So wird der zweite Zeitraum zu Beginn des Hochfahrens bspw. auf 5 ms, bspw. abhängig vom ersten Zeitraum, festgelegt und dann schrittweise oder kontinuierlich, bspw. auf 1 ms, auch ggf. abhängig vom ersten Zeitraum, reduziert werden. If the limit is exceeded, the flip-flop 260 is set and the switch 270 is opened. The switch 270 is thus closed for a first period. After opening the switch 270 this is closed again after a second period of time. The first period is, for example, Ι ΟΟμβ and is dependent on the measured current. The second period is typically given and may vary. Thus, the second period at the beginning of the startup, for example, to 5 ms, for example. Depending on the first period, set and then gradually or continuously, for example, to 1 ms, and possibly also depending on the first period, reduced.
Durch den auf diese Weise erhaltenen getakteten Betrieb wird der Strom limitiert, in diesem Fall über eine Maximalstromlimitierung. Der Maximalwert wird durch den Wert des Grenzwertgebers 266 vorgegeben. Dabei wird berücksichtigt, wie sehr der Verbraucher 212 belastet werden kann. The clocked operation obtained in this way limits the current, in this case via a maximum current limitation. The maximum value is predetermined by the value of the limit switch 266. It takes into account how much the consumer 212 can be charged.
In der Darstellung sind auf der rechten Seite drei Signalverläufe wiedergegeben, die das Zuschalten des Verbrauchers 212 in dem Bordnetz 200 verdeutlichen. Eine erste Kurve 260 zeigt den Verlauf des Stroms durch den Schalter 270. eine zweite Kurve 262 zeigt den Verlauf der Spannung an einem Eingang V,n 264 und ein dritter Verlauf 266 zeigt den Verlauf der Spannung an dem Verbraucher 212. Die Kurven 260, 262, 266 verdeutlichen, dass der Strom sich vornehmlich auf einem OA-Niveau bewegt, bis auf kurze Stromspitzen 270 (erste Kurve 260) und die Spannung an der Last 212 (dritte Kurve 266) stufenweise ansteigt. Ein signifikantes Schwingen oder gar Überschwingen ist nicht festzustellen. In the illustration, three waveforms are reproduced on the right side, which illustrate the connection of the consumer 212 in the electrical system 200. A first curve 260 shows the course of the current through the switch 270. A second curve 262 shows the profile of the voltage at an input V, n 264, and a third curve 266 shows the profile of the voltage at the consumer 212. The curves 260, 262, 266 illustrate that the current moves primarily at an OA level, until it increases in stages to short current peaks 270 (first curve 260) and the voltage across the load 212 (third curve 266). A significant swinging or even overshooting can not be determined.
Figur 4 zeigt in einem Blockschaltbild ein stark vereinfachtes Bordnetz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 300 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Energieversorgung 31 1 , bspw. ein Lithium-Ionen-Akku, eine Last bzw. einen Verbraucher 312 und ein Schaltelement 314. Die Darstellung zeigt weiterhin eine erste Leitungsinduktivität 320, einen ersten Leitungswiderstand 322, eine zweite Leitungsinduktivität 324 sowie einen zweiten Leitungswiderstand 326. Die Last 312 ist mit einem Widerstand 350 und einer Kapazität 352 wiedergegeben. FIG. 4 shows in a block diagram a greatly simplified vehicle electrical system, which is denoted overall by the reference numeral 300. The illustration shows a power supply 31 1, for example a lithium-ion battery, a load or a load 312 and a switching element 314. The illustration also shows a first line inductance 320, a first line resistance 322, a second line inductance 324 and a second one Line resistance 326. The load 312 is represented by a resistor 350 and a capacitor 352.
In dem Schaltelement 314 sind ein Flipflop 360, ein Taktgeber 362, ein Vergleicher 364, ein Grenzwertgeber 366, ein Element zur Strommessung 368, ein Schalter 370, eine erste Diode 372, eine zweite Diode 374, eine erste Kapazität 376, 378 und eine zweite Kapazität 378 vorgesehen. Die erste und die zweite Kapazität sowie die zweite Diode 374 sind innerhalb des Schaltelements 314 an ein internes Massepotential 380 angebunden. Dieses interne Massepotential ist über eine Zuleitungsinduktivität 354 mit der zentralen Bordnetzmasse verbunden. Weiterhin ist ein Mosfet 390 mit parallelem Widerstand 392 dargestellt. Es wird hierbei die Inversdiode des Mosfet 390 verwendet, um Abschalt- und Störspitzen am Kondensator, die erste Kapazität, 376 in den vom Kapazitätswert größeren Kondensator, die zweite Kapazität, 378 abzuleiten. Dadurch wird berücksichtigt, dass der Eingangskondensator, die zweite Kapazität, 378 im Normalbetrieb durch die Bordnetzwelligkeit einer hohen Effektivstrombelastung ausgesetzt ist. Um diese Belastung zu verhindern, wird der Kondensator in Form eines aktiven RCD-Snubbers verschaltet. In the switching element 314 are a flip-flop 360, a clock 362, a comparator 364, a limit switch 366, a current measuring element 368, a switch 370, a first diode 372, a second diode 374, a first capacitor 376, 378 and a second one Capacity 378 provided. The first and the second capacitance as well as the second diode 374 are connected within the switching element 314 to an internal ground potential 380. This internal ground potential is connected via a Zuleitungsinduktivität 354 with the central electrical system ground. Furthermore, a mosfet 390 with parallel resistor 392 is shown. In this case, the inverse diode of the Mosfet 390 is used to derive switch-off and glitches on the capacitor, the first capacitor, 376 in the capacitance-larger capacitor, the second capacitor, 378. This takes into account that the input capacitor, the second capacitance, 378 is exposed in normal operation by the Bordnetzwelligkeit a high RMS current load. To prevent this load, the capacitor is connected in the form of an active RCD snubber.
Dadurch können Überspannungsimpulse, die bei einem Abschalten des Schalters 370 durch die Bordnetzinduktivitäten 320, 324 und 354 entstehen durch den Parallelpfad des Transistors 390, dem Kondensator 378 und der Diode 374 abklingen. In Betriebszuständen, in denen eine aktive Stützung der Eingangsspannung Vm 391 benötigt wird, zum Beispiel um Spannungseinbrüche durch das Zuschalten von Lasten zu reduzieren, kann der Transistor 390 angesteuert werden, um eine bidirektionale Strommessung zu ermöglichen. As a result, overvoltage pulses which are generated when the switch 370 is switched off by the onboard power inductors 320, 324 and 354 can decay through the parallel path of the transistor 390, the capacitor 378 and the diode 374. In operating conditions where active suppression of the input voltage Vm 391 is required, for example to reduce voltage dips due to the switching on of loads, the transistor 390 may be driven to allow bidirectional current measurement.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes (100, 200, 300), das eine Anzahl an Verbrauchern aufweist, wobei zumindest einige der Verbraucher (112, 212, 312) selektiv jeweils über ein Schaltelement (114, 214, 314) zugeschaltet werden, wobei eine Begrenzung des Stroms, der durch das Schaltelement (114, 214, 314) fließt, vorgenommen wird. A method of operating a vehicle electrical system (100, 200, 300) having a number of consumers, wherein at least some of the consumers (112, 212, 312) are selectively connected via a switching element (114, 214, 314), respectively a limitation of the current flowing through the switching element (114, 214, 314) is made.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Begrenzung des Stroms über den Einsatz eines linearen Schaltelements erreicht wird. 2. The method of claim 1, wherein the limitation of the current via the use of a linear switching element is achieved.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Begrenzung des Stroms über einen getakteten Betrieb des Schaltelements (114, 214, 314) erreicht wird. 3. The method of claim 1, wherein the limitation of the current via a clocked operation of the switching element (114, 214, 314) is achieved.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Schaltelement über einen Vergleicher (264), der einen gemessenen Strom mit einem vorgegebenen Wert vergleicht, angesteuert wird. 4. The method of claim 3, wherein the switching element via a comparator (264), which compares a measured current with a predetermined value, is driven.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem bei Überschreiten des vorgegebenen Werts nach einem ersten Zeitraum ein Schalter (270) des Schaltelements (114, 214, 314) geöffnet wird und dieser Schalter (270) nach Ablauf eines vorgegebenen zweiten Zeitraums wieder geschlossen wird. 5. The method of claim 4, wherein when the predetermined value is exceeded after a first period, a switch (270) of the switching element (114, 214, 314) is opened and this switch (270) is closed again after a predetermined second period.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der zweite Zeitraum in Abhängigkeit des ersten Zeitraums variabel festgelegt wird. 6. The method of claim 5, wherein the second period of time is set variable depending on the first period.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem eine schwingungs- hemmende Ansteuerung durch das Schaltelement (114, 214, 314) vorgenommen wird. 7. The method according to any one of claims 3 to 6, wherein a vibration-inhibiting control by the switching element (114, 214, 314) is made.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die einigen Verbraucher (264) der Reihe nach hochgefahren werden The method of any one of claims 1 to 7, wherein said some consumers (264) are powered up in turn
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die einigen Verbraucher (264) zeitgleich hochgefahren werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the some consumers (264) are started up at the same time.
10. Bordnetz, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist. 10. Vehicle electrical system, which is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 9.
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