Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Kopplung mehrerer Teilnetze
nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Eine gattungsgemäße
Vorrichtung ist bereits aus der DE 10 2005 015 993 A1 bekannt. Die Kopplungsvorrichtung
umfasst wenigstens einen Schalter, insbesondere einen intelligenten
Schalter, über den der Speicher bei vorgebbaren Bedingungen,
beispielsweise bei hohem Strombedarf, vom Leistungsspeicher entkoppelt wird,
wodurch die Zyklisierung des Speichers verringert werden kann. Zusätzlich
wird der vom Energiespeicher zu liefernde Maximalstrom begrenzt
und eine Tiefentladung des Energiespeichers verhindert, wodurch
sich die Lebensdauer der Blei-Säure-Batterie verlängern
lässt.The invention relates to a device for coupling a plurality of subnetworks according to the preamble of the independent claim. A generic device is already out of the DE 10 2005 015 993 A1 known. The coupling device comprises at least one switch, in particular an intelligent switch, via which the memory is decoupled from the power memory under predeterminable conditions, for example when there is a high power requirement, whereby the cyclization of the memory can be reduced. In addition, the maximum current to be supplied by the energy store is limited and prevents a deep discharge of the energy storage, whereby the life of the lead-acid battery can be extended.
Beim
Start eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs werden insbesondere
im Winter bei sehr tiefen Temperaturen hohe Leistungen und Ströme
benötigt. So können die erforderlichen Spitzenströme
je nach Größe des Fahrzeugmotors einige 100 A
bis zu 1000 A betragen. Diese hohen Ströme werden bislang
aus der Bordnetzbatterie gespeist. Die heutige Systemkonfiguration
hat sowohl bei konventionellen Startanlagen wie auch bei Start-Stopp-Systemen
mehrere Nachteile. Denn durch die hohen Spitzenströme verursachten
Spannungseinbrüche im Bordnetz beim Motorstart bekommt
der Fahrer über eine kurzzeitige Beeinträchtigung
der elektrischen und elektronischen Geräte und Systeme
zu spüren. So fallen oft zumindest die Geräte
aus, die selbst keine Puffermaßnahmen zur Überbrückung
eines kritischen Spannungseinbruchs enthalten, wie beispielsweise
Infotainmentgeräte. Besonders bei den relativ häufigen
Starts eines Start-Stopp-Systems ergibt dies unter Umständen eine
deutliche spürbare Beeinträchtigung für
den Fahrer.At the
Start of an internal combustion engine of a motor vehicle are in particular
in winter at very low temperatures high power and currents
needed. So can the required peak currents
depending on the size of the vehicle engine some 100 A
up to 1000 A. These high currents are so far
fed from the electrical system battery. The current system configuration
has both conventional launch systems and start-stop systems
several disadvantages. Because caused by the high peak currents
Voltage dips in the electrical system when the engine starts
the driver over a short-term impairment
of electrical and electronic equipment and systems
to feel. So often fall at least the devices
which itself does not provide buffering to bridge
contain a critical voltage dip, such as
Infotainment devices. Especially with the relatively frequent ones
Starting a start-stop system may result in this
significant noticeable impairment for
the driver.
Die
in einem Fahrzeug eingesetzte Bordnetzbatterie wird konstruktiv
und auslegungstechnisch vor allem von den Anforderungen eines Motorstarts
bei sehr tiefen Temperaturen bestimmt. Für die meisten
Betriebsszenarien ist die Fahrzeugbatterie überdimensioniert.
Da gerade die heute standardmäßig eingesetzte
Blei-Säure-Batterie ein hohes Gewicht besitzt, ergeben
sich somit zusätzlich nachteilige Auswirkungen für
das Fahrzeuggewicht. Durch den Einsatz von Kondensatoren mit hoher
Kapazität kann die Größe der Starterbatterie
reduziert werden. Somit ist es möglich, Gewicht, Bauraum
und Blei im Fahrzeug einzusparen.The
in a vehicle used on-board battery is constructive
and design-related above all the requirements of a motor start
determined at very low temperatures. For the most
Operating scenarios, the vehicle battery is oversized.
Since just today used by default
Lead-acid battery has a high weight result
thus additional adverse effects for
the vehicle weight. By using capacitors with high
Capacity can be the size of the starter battery
be reduced. Thus, it is possible weight, space
and to save lead in the vehicle.
Bei
der Platzierung der Bordnetzbatterie im Fahrzeug spielt der Spannungsverlust über
die Leitungsverbindung zum Starter eine besonders auslegungsrelevante
Rolle. Um zu vermeiden, dass sich extreme Spannungsabfälle
ergeben, muss die elektrische Leitungsverbindung zum Starter niederohmig mit
großem Querschnitt ausgelegt werden, was die Leitung schwer,
unflexibel und gerade bei Kupfermaterial auch relativ teuer macht.
Besondere Probleme, wie beispielsweise EMV-Strahlung ergeben sich
daraus, wenn die Batterie aus Platzgründen beispielsweise
im Kofferraum untergebracht werden muss und eine lange Leitung durchs
Fahrzeug verläuft.at
the placement of the vehicle electrical system battery in the vehicle plays over the voltage loss
the line connection to the starter is a particularly design-relevant
Role. To avoid extreme voltage drops
result, the electrical line connection to the starter with low impedance
be designed large section, which makes the line difficult,
inflexible and also relatively expensive with copper material.
Special problems, such as EMC radiation arise
from that, if the battery for reasons of space, for example
in the trunk must be accommodated and a long line through
Vehicle runs.
Bei
Start-Stopp-Systemen führen die deutlich häufigeren
Motorstarts zu einer besonders hohen Belastung der Batterie. Dies
kann auslegungstechnisch nicht vollständig kompensiert
werden, so dass bei solchen Systemen in der Regel eine Verkürzung der
Batterielebensdauer zu erwarten ist.at
Start-stop systems lead the much more frequent ones
Engine starts to a particularly high load on the battery. This
can not be fully compensated in terms of design
so that with such systems usually a shortening of the
Battery life is expected.
Für
die Rekuperation von elektrischer Energie, beispielsweise während
Brems- und Schubphasen, sind heutige Blei-Säure-Batterien
nur sehr eingeschränkt geeignet.For
the recuperation of electrical energy, for example during
Braking and deceleration phases are today's lead-acid batteries
only very limited.
Um
den bereits genannten Auswirkungen zumindest teilweise begegnen
zu können, wird das Fahrzeugbordnetz zunehmend in Teilnetze
segmentiert, die teilweise separate Speicher enthalten. Hier kommen
beispielsweise Batterien (Zweibatterien oder Mehrbatterienbordnetze)
zum Einsatz. Auch Leistungsspeicher, wie Doppelschichtkondensatoren,
werden derzeit für Anwendungen im Fahrzeug untersucht und
favorisiert.Around
at least partially counteract the effects already mentioned
To be able to, the vehicle electrical system is increasingly in subnets
segmented, which partially contain separate memory. Come here
for example batteries (two-battery or multi-battery systems)
for use. Also, power storage, such as double-layer capacitors,
are currently being investigated for applications in the vehicle and
favored.
Sind
im Bordnetz mehrere Speicher (Batterien und/oder Kondensatoren)
vorhanden und sind diese Speicher über Relais oder Schalter
verkoppelbar, besteht die Gefahr, dass besonders bei unterschiedlichem
Ladezustand bzw. Spannungsniveau hohe Ausgleichsströme
beim Zusammenschalten zwischen den Speichern fließen. Durch
die niedrigen Innenwiderstände der Speicher können
die Ausgleichsströme hier mehrere 100 A betragen. Dies
beeinträchtigt die Speicher- und Schaltkontaktlebensdauer
und die Stabilität des Bordnetzes.are
in the electrical system several storage tanks (batteries and / or capacitors)
present and are these memories via relays or switches
couplable, there is a risk that, especially with different
State of charge or voltage level high equalizing currents
when switching between the memories flow. By
the low internal resistance of the memory can
the equalizing currents here are several 100 A This
Affects the memory and switch contact life
and the stability of the electrical system.
Gleichspannungswandler
(DC/DC-Wandler) sind, insbesondere bei höheren Leistungen,
verhältnismäßig teuer, benötigen
zusätzlichen Bauraum und Kühlungskonzepte.DC converter
(DC / DC converter) are, especially at higher powers,
relatively expensive, need
additional space and cooling concepts.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Koppeln mehrerer
Teilnetze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, dass beim Motorstart ein
Teilnetz vom Hauptnetz entkoppelt werden kann. Damit lassen sich
für den Fahrer erkennbare Spannungseinbrüche vermeiden,
die gerade bei den häufigen Motorstarts eines Start-Stopp-Systems
für den Fahrzeuglenker deutlich wahrnehmbar wären.
Ein Bordnetzspeicher des einen Teilnetzes kann beispielsweise die übrigen Verbraucher
versorgen, während das andere Teilnetz mit seinem separaten
Speicher die Energie für den Motorstart liefert. Durch
die Vorrichtung können hohe Ausgleichsströme und
Stromgradienten zwischen Speichern mit unterschiedlichem Ladezustand
vermieden bzw. begrenzt werden. Die Kopplungsvorrichtung ist sehr
flexibel, so dass sie in unterschiedlichen Bordnetztopologien eingesetzt
werden kann. Die Vorrichtung ist einfach und somit auch kostengünstig
aufgebaut und als eine Funktionseinheit ausgeführt, welche
beispielsweise verteilte Schaltelemente im Bordnetz vermeidet. Sie
kann beispielsweise als sog. Add-on-Lösung für
bestehende Architekturen eingesetzt werden. Zwischen den Anschlussports
der Vorrichtung bietet sie ein hohes Maß an flexiblen Schaltmöglichkeiten.
Die Vorrichtung gibt auch die Möglichkeit, zusätzliche
Speicher, die auch unterschiedlicher Art sein können, besonders
leicht ins Fahrzeugbordnetz zu integrieren. So kann die Vorrichtung
gleichermaßen für Batterien und Doppelschichtkondensatoren
verwendet werden. Doppelschichtkondensatoren können durch
die Vorrichtung gegen Überladung und damit auch vor Zerstörung geschützt
werden.The device according to the invention for coupling a plurality of subnetworks with the features of the independent claim has the advantage that at the start of the engine a subnetwork can be decoupled from the main network. This makes it possible to avoid noticeable voltage dips for the driver, which would be clearly noticeable to the vehicle driver, especially in the case of the frequent engine starts of a start-stop system. An electrical system storage of a subnet, for example, the rest Consumers supply, while the other subnet with its separate memory provides the power for the engine start. By the device high compensation currents and current gradients between storage with different state of charge can be avoided or limited. The coupling device is very flexible, so that it can be used in different on-board network topologies. The device is simple and therefore cost-effective and designed as a functional unit, which avoids, for example, distributed switching elements in the electrical system. For example, it can be used as a so-called add-on solution for existing architectures. Between the connection ports of the device, it offers a high degree of flexible switching options. The device also makes it possible to integrate additional memories, which may also be of different types, particularly easily into the vehicle electrical system. Thus, the device can be used equally for batteries and double-layer capacitors. Double-layer capacitors can be protected by the device against overcharging and thus against destruction.
Ein
Leistungsspeicher ist durch eine Stromregelung und die Schaltmöglichkeiten
vom übrigen Bordnetz trennbar. Somit kann dieser Speicher
auch mit einer höheren Spannung oder einer variablen Spannung
betrieben werden.One
Power memory is through a current control and the switching options
separable from the rest of the electrical system. Thus, this memory can
also with a higher voltage or a variable voltage
operate.
Eine
höhere Spannung kann beispielsweise in einer Rekuperationsphase
durch eine entsprechende Regelung des Bordnetzgenerators ermöglicht
werden. Derartige Betriebsmodi eines Standardgenerators sind an
sich bereits bekannt, lassen sich jedoch mit der erfindungsgemäßen
Kopplungsvorrichtung gut umsetzen.A
higher voltage can, for example, in a recuperation phase
by a corresponding regulation of the electrical system generator allows
become. Such operating modes of a standard generator are on
already known, but can be with the invention
Implement coupling device well.
Durch
diese Vorrichtung ist ein teurer und explizit ausgeführter
DC/DC-Wandler überflüssig. Durch die Vorrichtung
lassen sich Teilnetze flexibel koppeln und voneinander trennen.
Dadurch ist es möglich, beispielsweise sicherheitsrelevante
Verbraucher in einem Teilnetz im Falle eines Fehlers im Hauptbordnetz
bevorzugt zu versorgen.By
This device is an expensive and explicitly executed
DC / DC converter superfluous. Through the device
Subnets can be flexibly linked and separated from each other.
This makes it possible, for example, security-relevant
Consumers in a subnet in case of a fault in the main on-board network
preferably to supply.
Weitere
zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren
abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Further
expedient developments emerge from further
dependent claims and the description.
Zeichnungdrawing
Unterschiedliche
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend erläutert.different
Embodiments are shown in the drawing
and are explained below.
Es
zeigen:It
demonstrate:
Die 1 die
Vorrichtung zur Kopplung (Kopplungsvorrichtung) mehrerer Teilnetze
in einer Bordnetztopologie mit Doppelschichtkondensator,The 1 the device for coupling (coupling device) of several subnetworks in an on-board network topology with double-layer capacitor,
die 2 die
Kopplungsvorrichtung in einer Bordnetztopologie mit einem Teilnetz,
bestehend aus Starter und Starterbatterie, the 2 the coupling device in an on-board network topology with a subnet consisting of starter and starter battery,
die 3 die
Kopplungsvorrichtung in einer Bordnetztopologie mit Rekuperationsspeicher
und einem Generator mit variabler Ausgangsspannung,the 3 the coupling device in an on-board network topology with recuperation memory and a generator with variable output voltage,
die 4 den
genaueren Aufbau der Vorrichtung zur Kopplung mehrerer Teilnetze,the 4 the more detailed construction of the device for coupling several subnetworks,
die 5 ein
erstes Ausführungsbeispiel der Stromregelung bzw. Stromquelle
der Kopplungsvorrichtung,the 5 A first embodiment of the current control or current source of the coupling device,
die 6 ein
zweites Ausführungsbeispiel der Stromregelung bzw. Stromquelle
der Kopplungsvorrichtung,the 6 A second embodiment of the current regulation or current source of the coupling device,
die 7 ein
drittes Ausführungsbeispiel der Stromregelung bzw. Stromquelle
der Kopplungsvorrichtung,the 7 A third embodiment of the current regulation or current source of the coupling device,
die 8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Kopplungsvorrichtung,
welches einen Stromtaktbetrieb ermöglicht,the 8th a further embodiment of the coupling device, which enables a current clock operation,
die 9 ein
Prinzipschaltbild einer Mehrkanal-Stromregelung,the 9 a schematic diagram of a multi-channel current control,
die 10 ein
erstes Ausführungsbeispiel der Mehrkanal-Stromregelung
nach 9 sowiethe 10 a first embodiment of the multi-channel current control after 9 such as
die 11 ein
zweites Ausführungsbeispiel der Mehrkanal-Stromregelung
nach 9.the 11 A second embodiment of the multi-channel current control after 9 ,
Eine
Kopplungsvorrichtung 10 zum Koppeln mehrerer Teilnetze
weist drei Ausgangsports auf, nämlich Port A, Port B und
Port C. Port A und Port B lassen sich über ein erstes Schaltmittel 12 elektrisch leitend
miteinander verbinden. Parallel zum ersten Schaltmittel 12 liegen
ein zweites Schaltmittel 14 und eine Stromquelle 16.
Zwischen zweitem Schaltmittel 12 und der Stromquelle 16 ist
Port C herausgeführt, welcher über einen ersten
Speicher 22, beispielsweise ein Doppelschichtkondensator,
auf Masse gelegt ist. Der in Richtung Port B zeigende Pfeil an der Stromquelle 16 soll
andeuten, dass es sich um eine unidirektionale Stromquelle 16 handelt,
die einen Stromfluss von Port B nach Port C erzeugen kann. An Port
A ist ein Starter 20 angeschlossen, der wiederum gegen
Masse geschaltet ist. An Port B liegen – jeweils parallel
gegenüber Masse verschaltet – ein Generator 24,
ein zweiter Speicher 26 wie beispielsweise eine Batterie
sowie exemplarisch dargestellt ein Bordnetzverbraucher 28.A coupling device 10 for coupling multiple subnets has three output ports, namely Port A, Port B and Port C. Port A and Port B can be via a first switching means 12 electrically conductively connect together. Parallel to the first switching means 12 are a second switching means 14 and a power source 16 , Between second switching means 12 and the power source 16 Port C is led out, which has a first memory 22 , For example, a double-layer capacitor, is grounded. The arrow pointing to port B at the power source 16 should imply that it is a unidirectional power source 16 which can generate a current flow from port B to port C. At Port A is a starter 20 connected, which in turn is connected to ground. At port B are - connected in parallel to ground - a generator 24 , a second memory 26 such as a battery and exemplified an onboard power consumer 28 ,
Die
Bordnetztopologie gemäß 2 unterscheidet
sich von derjenigen nach 1 insbesondere darin, dass parallel
zum Starter 20 ein zweiter Speicher 26' (Energie-
bzw. Leistungsspeicher) vorgesehen ist. Die Stromquelle 16' der
Kopplungsvorrichtung 10 ist nun bidirektional (angedeutet
durch den Doppelpfeil) ausgeführt und befindet sich zwischen
Port B und Port C. An Port C ist ein beispielhaft ein als Pufferbatterie
ausgeführter Speicher 22' (Energie- bzw. Leistungsspeicher)
angeschlossen, der andere Anschluss wiederum gegen Masse geschaltet.
An Port A liegen nun nur noch der Generator 24 und der
Bordnetzverbraucher 28, die parallel zueinander verschaltet
sind.The on-board network topology according to 2 differs from the one after 1 especially in that parallel to the starter 20 a second memory 26 ' (Energy or power storage) is provided. The power source 16 ' the coupling device 10 is now bidirectional (indicated by the double arrow) and is located between port B and port C. At port C is an exemplary executed as a backup battery memory 22 ' (Power or power storage) connected, the other terminal in turn connected to ground. At Port A are now only the generator 24 and the electrical system consumer 28 , which are interconnected in parallel.
Das
Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet
sich hinsichtlich der Bordnetztopologie darin, dass am Port A nun
ein Generator 24 mit variabler Ausgangsspannung (beispielsweise
zwischen 14 und 42 V) angeschlossen ist. An dem Potential von Port
C liegen parallel gegenüber Masse verschaltet ein beispielhaft
als Batterie ausgeführter Speicher 26 und ein
Bordnetzverbraucher 28, die exemplarisch Bestandteile des
Hauptbordnetzes bilden. Die Stromquelle 16 der Kopplungsvorrichtung 10 ist
nun wieder zwischen Port B und Port C angeordnet. Auf dem Potential
des Ports B liegen nun parallel gegenüber Masse ein exemplarisch
als Doppelschichtkondensator ausgeführter Speicher 22 und der
Starter 20. Der Speicher 22 dient als Rekuperationsspeicher.
Alternativ könnte der Starter 20 auch im Hauptbordnetz
angeordnet sein, wobei dann nur eine Rekuperation in den Speicher 22 (Leistungsspeicher) möglich
wäre.The embodiment according to 3 differs in terms of the on-board network topology in that at port A is now a generator 24 with variable output voltage (for example, between 14 and 42 V) is connected. At the potential of port C are connected in parallel to ground a exemplarily executed as a battery memory 26 and a wiring system consumer 28 , which form examples of components of the main on-board network. The power source 16 the coupling device 10 is now again located between Port B and Port C. At the potential of the port B are now parallel to ground an exemplary designed as a double-layer capacitor memory 22 and the starter 20 , The memory 22 serves as recuperation storage. Alternatively, the starter could 20 be arranged in the main on-board network, in which case only a recuperation in the memory 22 (Power memory) would be possible.
In 4 ist
nun die Kopplungsvorrichtung 10 näher gezeigt.
Neben der zwischen Port B und Port C angeordneten Stromquelle 16 umfasst
die Kopplungsvorrichtung 10 eine Schnittstelle 32,
welche über einen Port D zum bidirektionalen Datenaustausch
dienen kann. Außerdem umfasst die Kopplungsvorrichtung 10 eine
Steuerung 30, welche erstes und zweites Schaltmittel 12, 14 sowie
die Stromquelle 16 ansteuert. In der Steuerung 30 könnten
beispielsweise bestimmte Grenzwerte hinterlegt sein wie beispielweise
Stromgrenzwerte in Form von oberem Stromgrenzwert Io, unterem Stromgrenzwert
Iu sowie höherem oberen Stromgrenzwert Ib oder Spannungsgrenzwerte
Ug (beispielsweise zur Initialisierung eines Ladevorgangs oder Kopplungsvorgangs).
Weiterhin könnte der Steuerung 30 auch das Potential
am Port C sowie das Potential am Port B zugeführt sein,
um abhängig hiervon erstes, zweites Schaltmittel 12, 14 bzw.
die Stromquelle 16 in geeigneter Weise anzusteuern.In 4 is now the coupling device 10 shown closer. Next to the power source located between Port B and Port C. 16 includes the coupling device 10 an interface 32 , which can serve via a port D for bidirectional data exchange. In addition, the coupling device comprises 10 a controller 30 , which first and second switching means 12 . 14 as well as the power source 16 controls. In the control 30 For example, certain limit values could be stored, such as current limit values in the form of upper current limit Io, lower current limit Iu and higher upper current limit Ib or voltage limits Ug (for example for initializing a charging process or coupling process). Furthermore, the controller could 30 also the potential at the port C and the potential at the port B to be fed, depending on this first, second switching means 12 . 14 or the power source 16 to drive in a suitable manner.
Gemäß 5 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel für die Stromquelle 16 dargestellt.
So steuert eine Stromregelung 44, welche beispielsweise
Bestandteil der Steuerung 30 sein könnte, abhängig vom
Ausgangssignal eines Stromsensors 40 ein Schaltmittel 48 an.
Das Schaltmittel 48 ist mit Port B sowie mit einer Induktivität 42 und
der Kathode einer Diode 46 verbunden, deren Anode gegenüber
Masse geschaltet ist und die als Freilaufdiode verwendet ist. Die
Freilaufdiode könnte auch als aktives Bauteil realisiert
werden. Der andere Anschluss der Induktivität 42 ist über
den Stromsensor 40 mit Port C verbunden.According to 5 is a first embodiment of the power source 16 shown. So controls a current control 44 , which, for example, part of the controller 30 could be, depending on the output signal of a current sensor 40 a switching means 48 at. The switching means 48 is with port B as well as with an inductance 42 and the cathode of a diode 46 connected, whose anode is connected to ground and which is used as a freewheeling diode. The freewheeling diode could also be realized as an active component. The other terminal of the inductance 42 is about the current sensor 40 connected to Port C.
Das
Ausführungsbeispiel der Stromquelle 16 gemäß 6 unterscheidet
sich von demjenigen nach 5 durch die Möglichkeit
einer bidirektionalen Stromführung zwischen Port Bund Port
C. Zusätzlich ist ein Schaltmittel 59 vorgesehen,
welches zwischen Stromsensor 40 und Port C angeordnet ist und
ebenfalls von der Stromregelung 44 angesteuert wird. Zwischen
dem anderen Anschluss der Induktivität 42 und
dem Stromsensor 40 ist nun eine weitere Diode 57 gegenüber
Masse geschaltet, welche als weitere Freilaufdiode zur Erzeugung
eines gegengerichteten Stromflusses dient.The embodiment of the power source 16 according to 6 differs from the one after 5 due to the possibility of a bidirectional power supply between Port Bund Port C. In addition, a switching means 59 provided, which between current sensor 40 and Port C is arranged and also by the current regulation 44 is controlled. Between the other terminal of the inductance 42 and the current sensor 40 is now another diode 57 connected to ground, which serves as a further freewheeling diode for generating a counter-current current flow.
Das
Ausführungsbeispiel der Stromquelle 16'' nach 7 ergänzt
das der 6 durch einen weiteren Stromsensor 61,
der zwischen dem Schaltmittel 48 und dem gemeinsamen Anschlusspunkt
der Induktivität 62 und Diode 46 angeordnet
ist. Der Stromsensor 61 liefert ein Maß für
den erfassten Strom an die Stromregelung 44.The embodiment of the power source 16 '' to 7 complements that 6 through another current sensor 61 that is between the switching means 48 and the common connection point of the inductance 62 and diode 46 is arranged. The current sensor 61 provides a measure of the detected current to the current control 44 ,
Das
Ausführungsbeispiel gemäß 8 unterscheidet
sich von demjenigen nach 1 zum einen in der getakteten
Ansteuerung der Schaltmittel 12, 14. Mit den Schaltmitteln 12, 14 ist
nun ein Stromtaktbetrieb möglich. Dies hat beispielsweise
den Vorteil, dass der an Port A angeschlossene Starter 20 mit
konstanter bzw. optimaler Stromhöhe über Schaltmittel 12 und/oder
Schaltmittel 14 gespeist werden kann. Dadurch ist beispielsweise
eine freie Stromaufteilung zwischen den beiden Speichern 22, 26 möglich.
Durch die Stromtaktung kann die Starterstromstärke optimal
gesteuert werden, um die Lebensdauer des Starters 20 zu
verlängern. Es kann somit vermieden werden, dass der Starterstrom
im Einschaltmoment extrem hohe Spitzenwerte erreicht. Hohe Impulsströme
belasten nämlich die Startermechanik und wirken sich bei
heutigen Startanlagen negativ auf die Lebensdauer aus. An Port A
ist eine Freilaufeinrichtung 72 integriert, hier beispielhaft
als Freilaufdiode ausgeführt. Besonderes Kennzeichen des
Ausführungsbeispiels nach 8 ist, dass
die Starterinduktivität für die Stromtaktung mit
verwendet wird.The embodiment according to 8th differs from the one after 1 on the one hand in the clocked control of the switching means 12 . 14 , With the switching means 12 . 14 Now is a power cycle operation possible. This has the advantage, for example, that the starter connected to Port A 20 with constant or optimum current level via switching means 12 and / or switching means 14 can be fed. As a result, for example, a free flow sharing between the two memories 22 . 26 possible. Power cycling allows the starter current to be optimally controlled to extend the life of the starter 20 to extend. It can thus be avoided that the starter current reaches extremely high peak values at the moment of switch-on. High pulse currents burden the starter mechanics and have a negative effect on the service life of today's starting systems. At Port A is a freewheel device 72 integrated, here exemplified running as freewheeling diode. Particular feature of the embodiment according to 8th is that the starter inductance is used for the current clocking with.
Gemäß 9 besteht
eine vorteilhafte Variante der Stromregelung in einer mehrkanaligen
Ausführung. Dabei werden mindestens ein erster Stromkanal 76 und
ein zweiter Stromkanal 78, parallel zueinander verschaltet,
zwischen Port B und Port C verwendet. In den 10 und 11 sind
zwei beispielhafte Umsetzungen der mehrkanaligen Ausführung gezeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 10 besteht
der erste Stromkanal 76 aus seriell verschaltetem Schaltmittel 48,
Induktivität 42 und Stromsensor 40, wobei
zwischen Schaltmittel 48 und Induktivität 42 die
Diode 46 gegen Masse geschaltet ist und als Freilaufmittel
wirkt. Der zweite Stromkanal 78 ist entsprechend aufgebaut
Schaltmittel 88, Diode 86, Induktivität 82 und
Stromsensor 80. Im Normalbetrieb werden die Stromkanäle 76, 78 überlappend
geschaltet, d. h. während beispielsweise der erste Stromkanal 76 noch
leitet und auf einen Maximalwert von beispielsweise 20 A ansteigt,
wird bereits der zweite Stromkanal 78 zugeschaltet. Die
Steuerung der Schaltmittel 48, 88 wird dabei so
realisiert, dass sich für Port C gerade ein konstanter
bzw. quasi konstanter Stromfluss ergibt von beispielsweise 20 A. Die
Ausführungsform kann auch so ausgelegt werden, dass in
einem Boostbetrieb beide Stromkanäle 76, 78 gleichzeitig
den jeweiligen Maximalstrom liefern und sich dadurch an Port C der
doppelte Strom einstellt. Dadurch könnte ein an Port C
angeschlossener Speicher 22 in der halben Zeit geladen
werden. Durch die Verwendung mehrerer Kanäle reduziert sich
die Rückwirkung auf das Basisbordnetz, beispielsweise die
Welligkeit. Das Ausführungsbeispiel gemäß 11 unterscheidet
sich von demjenigen nach 10 lediglich
darin, dass nur ein einziger Stromsensor 40 vorgesehen
ist, der den durch beide Stromkanäle 76, 78 fließenden
Strom erfasst. Die prinzipielle Funktionsweise unterscheidet sich
jedoch nicht von derjenigen nach 10.According to 9 There is an advantageous variant of the current control in a multi-channel design. In this case, at least a first current channel 76 and a second flow channel 78 , connected in parallel with each other, between Port B and Port C ver applies. In the 10 and 11 Two exemplary implementations of the multi-channel design are shown. According to the embodiment 10 there is the first current channel 76 from serially interconnected switching means 48 , Inductance 42 and current sensor 40 , wherein between switching means 48 and inductance 42 the diode 46 connected to ground and acts as a freewheeling agent. The second stream channel 78 is constructed according to switching means 88 , Diode 86 , Inductance 82 and current sensor 80 , In normal operation, the current channels 76 . 78 switched overlapping, ie, while, for example, the first current channel 76 still conducts and rises to a maximum value of, for example, 20 A, is already the second current channel 78 switched on. The control of the switching means 48 . 88 is realized in such a way that for port C straight a constant or quasi-constant current flow results, for example, 20 A. The embodiment can also be designed so that in a boost mode both current channels 76 . 78 at the same time deliver the respective maximum current and thereby sets the double current at port C. This could cause a memory attached to port C. 22 be loaded in half the time. The use of multiple channels reduces the impact on the base board network, such as ripple. The embodiment according to 11 differs from the one after 10 only in that only a single current sensor 40 is provided by the two current channels 76 . 78 flowing current. However, the principal mode of operation does not differ from that of the former 10 ,
Sind
im Bordnetz mehrere Speicher 22, 26 vorhanden
und sind diese über Relais oder Schaltmittel 12 gekoppelt,
besteht die Gefahr, dass besonders bei unterschiedlichem Ladezustand
bzw. Spannungsniveau der Speicher 22, 26 hohe
Ausgleichsströme beim Zusammenschalten der die Speicher 22, 26 enthaltenden
Teilnetze fließen.Are in the electrical system more memory 22 . 26 and are these via relays or switching means 12 coupled, there is a risk that especially at different state of charge or voltage level of memory 22 . 26 high equalizing currents when connecting the memory 22 . 26 containing subnets flow.
Durch
die niedrigen Innenwiderstände der Speicher 22, 26 können
die Ausgleichsströme hier mehrere 100 A betragen. Damit
die Speicher- und Schaltkontaktlebensdauer und die Stabilität
des Bordnetzes nicht beeinträchtigt wird, ist die Kopplungsvorrichtung 10 vorgesehen.
Das erste Schaltmittel 12 entkoppelt das Teilnetz A (das über
Port A mit der Kopplungsvorrichtung 10 verbunden ist) von Teilnetz
B (das über Port B mit der Kopplungsvorrichtung 10 verbunden
ist).Due to the low internal resistance of the memory 22 . 26 the equalizing currents can amount to several 100 A here. So that the storage and switching contact life and the stability of the electrical system is not affected, the coupling device 10 intended. The first switching means 12 decouples the subnet A (the one over port A with the coupling device 10 connected) of subnet B (via port B to the coupling device 10 connected is).
Nachfolgend
werden unterschiedliche Betriebszustände anhand der Bordnetztopologie
gemäß 1 exemplarisch erläutert.
Im Normalbetrieb können Spannungseinbrüche während
des Motorstarts bei Teilnetz B verhindert werden, indem beim Motorstart
das erste Schaltmittel 12 geöffnet ist. So wird
der Starter 20 über das geschlossene zweite Schaltmittel 14 lediglich
von dem ersten Speicher 22 gespeist. Der Starter 20 belastet
somit während des Startvorgangs nicht Teilnetz B. Der erste
Speicher 22 ist beispielsweise als Doppelschichtkondensator (DLC)
ausgeführt. Insbesondere bei häufigen Motorstarts
eines Start-Stopp-Systems können dadurch für den
Fahrer erkennbare Spannungseinbrüche vermieden werden.
So versorgt der zweite Speicher 26, hier eine konventionelle
Batterie, die Bordnetzverbraucher 28. Im Fahrbetrieb übernimmt
diese Aufgabe der Generator 24.Below are different operating conditions based on the on-board network topology according to 1 explained by way of example. In normal operation, voltage dips during engine startup at subnet B can be prevented by the first switching means at engine startup 12 is open. So will the starter 20 over the closed second switching means 14 only from the first memory 22 fed. The starter 20 does not load subnet B during startup. The first memory 22 is designed for example as a double-layer capacitor (DLC). Especially with frequent engine starts of a start-stop system can be avoided by the driver recognizable voltage dips. So supplies the second memory 26 , here a conventional battery, the electrical system consumers 28 , When driving this task takes over the generator 24 ,
Bei
den Betriebsarten der Kopplungsvorrichtung 10 lässt
sich prinzipiell gesteuerter und nicht gesteuerter Betrieb unterscheiden.
Im gesteuerten Betriebsmodus werden die Zustände der Schaltmittel 12, 14 und
der Stromregelung 44 von einem externen Steuergerät
im Fahrzeug vorgegeben bzw. gesteuert. Im nicht gesteuerten Betrieb
entscheidet die Kopplungsvorrichtung 10 mit Hilfe der internen
Steuerung 30 selbsttätig aufgrund der Port-Zustände (über
Port-Spannungen und Port-Ströme) über die geeigneten
Kopplungszustände zwischen den Ports. So werden beispielsweise
im Koppelbetrieb Port B und Port C über die Schaltmittel 12, 14 erst
verbunden, wenn die Differenz der Spannungsniveaus an Port B und
Port C unter einem bestimmten Spannungsgrenzwert Ug liegt. Beim Überschreiten
von Ug wird mindestens eines der Schaltmittel 12, 14 geöffnet
und der Speicher 22 über die Stromquelle 16 geladen.In the modes of the coupling device 10 can be distinguished in principle controlled and non-controlled operation. In the controlled operating mode, the states of the switching means 12 . 14 and the current regulation 44 specified or controlled by an external control device in the vehicle. In uncontrolled operation decides the coupling device 10 with the help of the internal control 30 automatically on the basis of the port states (via port voltages and port currents) about the suitable coupling states between the ports. Thus, for example, in the coupling mode port B and port C via the switching means 12 . 14 connected only when the difference of the voltage levels at Port B and Port C is below a certain voltage limit Ug. When Ug is exceeded, at least one of the switching means 12 . 14 opened and the store 22 via the power source 16 loaded.
Wie
bereits in Verbindung mit 8 beschrieben
steht als weiterer Betriebsmodus die Stromtaktung der Schaltmittel 12, 14 zur
Verfügung. Die Schaltmittel 12, 14 sind
hierbei so gestaltet, dass mit ihnen ein Stromtaktbetrieb möglich
ist zur optimalen Stromhöhe für beispielsweise
den Starter 20 oder eine freie Stromaufteilung zwischen
den Speichern 22, 26. Auch unerwünschte
Stromspitzen können auf diese Weise vermieden werden.As already in connection with 8th is described as another mode of operation, the current timing of the switching means 12 . 14 to disposal. The switching means 12 . 14 are here designed so that with them a power cycle operation is possible for optimum current level for example, the starter 20 or a free power split between the memories 22 . 26 , Even unwanted current peaks can be avoided in this way.
Im
Rahmen einer Notstartfunktion – bei für das Starten
nicht ausreichendem Energieinhalt des ersten Speichers 22 – wird
das erste Schaltmittel 12 geschlossen. Der Starter 20 wird
nun über den zweiten Speicher 26 gespeist, während
das zweite Schaltmittel 14 geöffnet ist.As part of an emergency start function - with insufficient energy for the start of the first memory 22 - becomes the first switching means 12 closed. The starter 20 will now be on the second memory 26 fed while the second switching means 14 is open.
In
einem weiteren Betriebszustand (Ladebetrieb) soll der erste Speicher 22,
der entladen ist, über die Stromquelle 16 geladen
werden. Hierbei wird das erste Schaltmittel 12 zuerst geöffnet.
Dann wird der erste Speicher 22 über die Stromquelle 16,
wie später beschrieben, geladen. Sobald sich die Spannungsniveaus
zwischen Port A und Port B angeglichen haben, könnte das
erste Schaltmittel 12 geschlossen werden, da dann kein
Ausgleichsstrom fließt. Hierbei kann der Ladezustand des
Speichers 22, vorzugsweise ein Doppelschichtkondensator (DLC)
mittels einer Spannungsmessung bestimmt und überwacht werden.
Der Speicher 22, der als Leistungsspeicher dient, ist vom Speicherinhalt
so auszulegen, dass er die Energie liefert für mindestens
einen Motorstart, vorteilhafter Weise auch mehrere Motorstarts.
Weiterhin kann eine untere Spannungsgrenze des Speichers 22 für
die Startvorgang-Freigabe abhängig von der Außentemperatur und/oder
der Motortemperatur gewählt werden.In a further operating state (charging mode), the first memory 22 that is discharged via the power source 16 getting charged. Here, the first switching means 12 opened first. Then the first memory 22 via the power source 16 , as described later, loaded. Once the voltage levels between Port A and Port B have equalized, the first switching means could be 12 be closed because then no compensation current flows. Here, the state of charge of the memory 22 , preferably a double-layer capacitor (DLC) are determined and monitored by means of a voltage measurement. The memory 22 , which serves as a power storage, is designed by the memory contents so that it provides the energy for at least one engine start, advantageously also several engine starts. Furthermore, a lower voltage limit of the memory 22 for startup enable depending on the outside temperature and / or the engine temperature.
Mit
der Bordnetztopologie nach 1 kann auch
eine Startunterstützung ermöglicht werden. Der erste
Spitzenstrom wird aus dem ersten Speicher 22, vorzugsweise
aus dem als Leistungsspeicher fungierenden DLC, entnommen. Danach
wird über das Schaltmittel 12 der zweite Speicher 26 zugeschaltet. Bei
dieser Variante könnte der erste Speicher 22 kleiner
dimensioniert werden.With the on-board network topology 1 can also be a startup support enabled. The first peak current is from the first memory 22 , preferably from the acting as a power storage DLC removed. Thereafter, via the switching means 12 the second memory 26 switched on. In this variant, the first memory could be 22 be sized smaller.
Im
Lade- bzw. Schnellladebetrieb muss mindestens eines der Schaltmittel 12, 14 geöffnet
sein.In charge or fast charging mode, at least one of the switching means 12 . 14 to be open.
In
einem weiteren Betriebszustand (Schnellladung) wird der erste Speicher 22 mit
einem relativ großen Strom geladen. Es wird eine sogenannte Boostfunktion
realisiert. Dies erfolgt dadurch, dass die Steuerung 30 bzw.
Stromregelung 44 einen gegenüber dem normalen
Ladebetrieb höheren Stromgrenzwert Ib vorgibt, der beispielsweise
bei 60 A liegt. Insbesondere im Stopp-and-Go-Verkehr ist ein schnelles
Aufladen des ersten Speichers 22 erforderlich, da über
diesen beim Start-Stopp-Betrieb das Starten des Motors, nämlich
das Speisen des Starters 20 vorgenommen wird.In another operating state (fast charge) becomes the first memory 22 charged with a relatively large current. A so-called boost function is realized. This is done by having the controller 30 or current control 44 a higher than the normal charging operation current limit Ib, which is for example 60 A. Especially in stop-and-go traffic is a fast charging of the first memory 22 required, since over this during start-stop operation starting the engine, namely the food of the starter 20 is made.
Die
oben kurz umrissenen Betriebszustände werden mit Hilfe
der Steuerung 30 realisiert. Diese Steuerung 30 steuert
abhängig von verschiedenen Eingangsgrößen,
wie beispielsweise das Potential an Ports B und C (daraus ableitbar
auch das Potential an Port A), erstes und zweites Schaltmittel 12, 14 sowie
die Stromquelle 16 an. Weiterhin tauscht die Steuerung 30 Daten
aus mittels Schnittstelle 32 über Port D, das
der Kommunikation dient. So deaktiviert die Steuerung 30 die
Stromquelle 16 bei Erreichen eines bestimmten Spannungswerts
am Port C oder bei Erreichen einer vorgegebenen Spannungsdifferenz zwischen
Port B und Port C. Zudem werden Port B und Port C über
die Schaltmittel 12, 14 nur dann verbunden, wenn
die Spannungsdifferenz zwischen Port B und Port C einen bestimmten
Wert unterschritten hat. Weiterhin werden die Schaltmittel 12, 14 so
angesteuert, dass bei hohen Leistungsanforderungen in einem Teilnetz
A, B, C sich diese nicht negativ auf die anderen angeschlossenen
Teilnetze auswirken.The above briefly outlined operating conditions are with the help of the controller 30 realized. This control 30 controls depending on various input variables, such as the potential at ports B and C (derived from the potential at port A), first and second switching means 12 . 14 as well as the power source 16 at. Furthermore, the controller exchanges 30 Data from via interface 32 over Port D, which serves the communication. How to disable the controller 30 the power source 16 when a certain voltage value is reached at port C or when a given voltage difference between port B and port C is reached. Port B and port C are also switched via the switching means 12 . 14 connected only if the voltage difference between port B and port C has fallen below a certain value. Furthermore, the switching means 12 . 14 so controlled that at high power requirements in a subnetwork A, B, C, these do not adversely affect the other connected subnets.
Nachfolgend
wird das Ausführungsbeispiel der Stromquelle 16 gemäß 5 beschrieben,
wie diese in die Bordnetztopologie nach 1 integriert wurde.
Hierbei handelt es sich um eine unidirektionale Stromquelle 16,
die einen Stromfluss von Port B nach Port C zulässt. Abhängig
von bestimmten Randgrößen soll Energie von Port
B nach Port C eingespeist werden, um den an Port C angeschlossenen Speicher 22 aufzuladen.
Die Stromregelung 44 steuert hierzu den Schalter 48 im
Sinne eines Schließens an, so dass von Port B über
den geschlossenen Schalter 48 ein Strom über die
Induktivität 42 zu Port C fließt. Dieser
Strom wird durch den Stromsensor 40 erfasst und der Stromregelung 44 zugeführt.
Die Stromregelung 44 vergleicht den erfassten Strom mit einem
oberen Stromgrenzwert Io, der beispielsweise bei 22 A liegt. Wird
dieser obere Stromgrenzwert Io erreicht bzw. überschritten, öffnet
die Stromregelung 44 den Schalter 48. Die als
Stromspeicher wirkende Induktivität 42 treibt
den Strom jedoch noch weiter. Hierzu legt die als Freilaufdiode
wirkende Diode 46 das Massepotential an den einen Anschluss
der Induktivität 42, da sie nun in Durchflussrichtung
betrieben wird. So fließt weiter ein Strom von der Induktivität 42 zu
Port C. Die Stromstärke klingt im Rahmen einer e-Funktion
ab. Fällt der vom Stromsensor 40 erfasste Strom
unter den unteren Stromgrenzwert Iu, der beispielsweise bei 18 A
liegt, wird der Schalter 48 wieder geschlossen. Die Induktivität 42 hat
weiterhin den Vorteil, dass sie den Stromanstieg begrenzt. Sollte
der Strom wieder den oberen Stromgrenzwert Io erreichen, öffnet
die Stromregelung 44 wieder das Schaltmittel 48.
Die Stromquelle 16 liefert somit einen unidirektionalen
Strom, der zwischen dem oberen Stromgrenzwert 10 und dem
unteren Stromgrenzwert Iu liegt. Die Stromquelle 16 arbeitet
somit in Form einer Zweipunktregelung, um einen näherungsweise
konstanten Strom zur Verfügung zu stellen.Hereinafter, the embodiment of the power source 16 according to 5 as described in the on-board network topology 1 was integrated. This is a unidirectional power source 16 , which allows a current flow from port B to port C. Depending on specific margins, power is to be supplied from port B to port C to the memory connected to port C. 22 charge. The current regulation 44 controls the switch 48 in the sense of closing, leaving Port B via the closed switch 48 a current through the inductor 42 to Port C flows. This current is through the current sensor 40 recorded and the current regulation 44 fed. The current regulation 44 compares the detected current with an upper current limit Io which is, for example, 22A. If this upper current limit Io is reached or exceeded, the current control opens 44 the switch 48 , The acting as current storage inductance 42 but drives the power even further. For this purpose, the acting as a freewheeling diode diode 46 the ground potential to one terminal of the inductance 42 because it is now operated in the direction of flow. So a current continues to flow from the inductor 42 to Port C. The current stops in the context of an e-function. Falls from the current sensor 40 detected current below the lower current limit Iu, which is for example at 18 A, the switch 48 closed again. The inductance 42 has the further advantage that it limits the current increase. If the current again reaches the upper current limit Io, the current control opens 44 again the switching means 48 , The power source 16 thus provides a unidirectional current between the upper current limit 10 and the lower current limit Iu. The power source 16 thus operates in the form of a two-step control to provide an approximately constant current available.
Das
Ausführungsbeispiel nach 6 ist demgegenüber
durch eine Stromquelle 16' erweitert, die eine bidirektionale
Stromflussrichtung zulässt. Die zugehörige Bordnetztopologie
ist beispielsweise in 2 gezeigt. Wie oben bereits
beschrieben, ist der Strom in der Lage, vom Port B zu Port C zu
fließen. Hierzu ist der Schalter 59 geschlossen,
der Schalter 48 wird angesteuert wie bereits in Zusammenhang
mit 5 beschrieben. Die Stromregelung 44 stellt
wiederum sicher, dass der Strom innerhalb bestimmter Grenzwerte
Io, Iu verbleibt. Durch das Vorsehen des Schalters 59 und
der weiteren Diode 57 kann nun auch ein Stromfluss von
Port C zu Port B erreicht werden. Hierzu sind anfangs beide Schalter 48, 59 zu
schließen. Steigt nun der vom Stromsensor 40 sensierte
Strom über den oberen Stromgrenzwert Io, öffnet
die Stromregelung 44 den Schalter 59. Nun fungiert
die zweite Diode 57 als Freilaufdiode und bringt den einen
Anschluss der Induktivität 42 auf Massepotential.
Die Induktivität 42 treibt den Strom weiter in
Richtung Port B. Erreicht der Strom wieder die untere Stromgrenze
Iu, was beispielsweise über das bekannte PT1-Verhalten
der Induktivität 42 abgeschätzt werden
kann, so wird wieder der Schalter 59 geschlossen. Im zuletzt
geschilderten Ausführungsbeispiel kann der Stromsensor 40 keinen
Stromfluss mehr erfassen, da er hinter dem Kontaktpunkt der zweiten
Diode 57 mit der Induktivität 42 liegt.
Der Schalter 59 wird nach einem festen Zeitintervall, das
abhängig vom PT1-Verhalten der Induktivität und
entsprechendem Absinken des Stroms gewählt ist, wieder
geschlossen.The embodiment according to 6 is in contrast by a power source 16 ' extended, which allows a bidirectional current flow direction. The associated on-board network topology is for example in 2 shown. As described above, the current is able to flow from port B to port C. This is the switch 59 closed, the switch 48 is controlled as already in connection with 5 described. The current regulation 44 again ensures that the current remains within certain limits Io, Iu. By providing the switch 59 and the other diode 57 Now a current flow from Port C to Port B can be achieved. For this purpose, both switches are initially 48 . 59 close. Now rises from the current sensor 40 sensed current above the upper current limit Io, opens the current control 44 the switch 59 , Now the second diode acts 57 as freewheeling diode and brings one terminal of the inductance 42 at ground potential. The inductance 42 drives the current further in the direction of port B. If the current again reaches the lower current limit Iu, which, for example, via the known PT1 behavior of the inductance 42 can be estimated, so again the switch 59 closed. In the last described Embodiment, the current sensor 40 no longer detect current flow since it is behind the contact point of the second diode 57 with the inductance 42 lies. The desk 59 is closed again after a fixed time interval, which is selected as a function of the PT1 behavior of the inductance and the corresponding drop in the current.
Um
eine zuverlässigere Stromerfassung zu gewährleisten,
ist nun gemäß 7 ein weiterer Stromsensor 61 vorgesehen.
Dadurch wird nun erreicht, dass der in Richtung Port B fließende
Strom sicher erfasst wird. Fällt der von dem Stromsensor 61 erfasste
Strom unter den unteren Stromgrenzwert Iu, so schließt
die Stromregelung 44 wieder den Schalter 59. Ist
ein Stromfluss in Richtung Port C gewünscht, so verfährt
die Stromregelung 44 wie bereits in Verbindung mit 5 beschrieben.To ensure a more reliable current detection is now according to 7 another current sensor 61 intended. As a result, it is now achieved that the current flowing in the direction of port B is reliably detected. The falls of the current sensor 61 detected current below the lower current limit Iu, so closes the current control 44 again the switch 59 , If a current flow in the direction of port C is desired, then the current regulation proceeds 44 as already in connection with 5 described.
Über
die Steuerung 30 können beispielsweise Io, Iu
sowie Ib beeinflusst werden. Soll die bereits oben kurz erwähnte
Boostfunktion (Schnellladebetrieb) realisiert werden, so gibt die
Steuerung 30 anstelle 10 einen höheren oberen
Stromgrenzwert Ib vor. Dieser könnte beispielsweise bei
60 A liegen. D. h. bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 würde der
Schalter 48 erst dann geöffnet werden, wenn ein Stromfluss
60 A erreicht hat. Dadurch lässt sich eine schnellere Ladung
des Speichers 22 erreichen, der an Port C angeschlossen
ist.About the controller 30 For example, Io, Iu and Ib can be influenced. If the already briefly mentioned above boost function (fast charging operation) are realized, so gives the control 30 instead of 10, a higher upper current limit Ib before. This could for example be 60 A. Ie. in the embodiment according to 5 would the switch 48 only be opened when a current flow has reached 60 A. This allows a faster charge of the memory 22 reached, which is connected to Port C.
Die
Stromquelle 16 ist als Stromregelung in Form einer Zweipunktregelung
mit Hysterese ausgeführt.The power source 16 is designed as current control in the form of a two-step control with hysteresis.
Als
Schalter 48, 59 könnten zumindest teilweise
auch Halbleiterschalter mit integrierter Strommessung verwendet
werden. Dann könnte auf einen separaten Stromsensor 40 bzw. 61 verzichtet
werden. Die Schaltmittel 12, 14 sind vorzugsweise
startstrom- bzw. hochstromfähig ausgeführt.As a switch 48 . 59 Semiconductor switches with integrated current measurement could be used at least partially. Then could on a separate current sensor 40 respectively. 61 be waived. The switching means 12 . 14 are preferably carried out starting current or high current capable.
Weiterhin
könnte in der Steuerung 30 eine von der Außentemperatur
abhängige untere Spannungsgrenze vorgesehen werden, ab
der über Port C der Speicher 22 wieder aufgeladen
werden soll. In der Kopplungsvorrichtung 10 oder an anderer
Stelle können geeignete Mittel für die Zustandserkennung einer
oder mehrer Batterien als mögliche Speicher 26 vorgesehen
sein. Damit könnte die Steuerung 30 die Schaltmittel 12, 14 bzw.
die Schalter 48, 59 abhängig beispielsweise
vom Ladezustand der Batterie(n) 26 ansteuern. Der Ladezustand
des Speichers 22, beispielsweise als DLC ausgeführt,
lässt sich beispielsweise über eine Spannungsmessung
am Speicher 22 ermitteln.Furthermore, could be in the controller 30 be provided depending on the outside temperature lower voltage limit, from the port C via the memory 22 should be recharged. In the coupling device 10 or elsewhere may be suitable means for detecting the state of one or more batteries as possible memory 26 be provided. This could be the controller 30 the switching means 12 . 14 or the switches 48 . 59 depending, for example, on the state of charge of the battery (s) 26 drive. The state of charge of the memory 22 , For example, as a DLC, can be, for example, a voltage measurement on the memory 22 determine.
Die
Kopplungsvorrichtung 10 lässt sich in unterschiedlichen
Teilnetztopologien einsetzen. Sie eignet sich auch insbesondere
für ein Bordnetz mit Rekuperationsmöglichkeit.
Diese Topologie ist in 3 angedeutet. So fungiert der
Doppelschichtkondensator 22 als Rekuperationsspeicher,
indem nun ein Generator 20 mit variabler Ausgangsspannung
vorgesehen ist. Somit wird über Port B bei einer geeigneten Ansteuerung
der Kopplungsvorrichtung 10 der Rekuperationsspeicher 22 geladen.
An diesem Teilnetz sind unter Umständen auch weitere Hochleistungsverbraucher
wie beispielsweise der Starter 20 angeschlossen. Am Port
C könnte das Hauptbordnetz, bestehend aus der Bordnetzbatterie
als Speicher 26 und weiteren Bordnetzverbrauchern 28 angeschlossen
sein. Hierbei werden die Schaltmittel 12, 14 so geschaltet,
dass der Generator 20 entweder beispielsweise 14 Volt in
das Hauptbordnetz über Port C einspeist, oder seine Ausgangsleistung
mit einer variablen Spannung in den als Leistungsspeicher dienenden
Speicher 22 lädt (z. B. zur Rekuperation). Während
der Ladung des Leistungsspeichers 22 kann eine bestimmte
Leistung über die Stromquelle 16 in das über
Port C angebundene Hauptbordnetz eingespeist werden.The coupling device 10 can be used in different subnetwork topologies. It is also particularly suitable for a vehicle electrical system with Rekuperationsmöglichkeit. This topology is in 3 indicated. This is how the double-layer capacitor works 22 as recuperation memory, adding a generator now 20 is provided with variable output voltage. Thus, via port B with a suitable control of the coupling device 10 the recuperation memory 22 loaded. Under certain circumstances, other high-performance consumers such as the starter may also be present at this subnet 20 connected. At Port C could the main on-board network, consisting of the board battery as a memory 26 and other electrical system consumers 28 be connected. Here are the switching means 12 . 14 switched so that the generator 20 either feeds, for example, 14 volts into the main on-board network via port C, or its output power with a variable voltage in the memory serving as a power storage 22 loads (eg for recuperation). While charging the power memory 22 can have a certain power from the power source 16 fed into the main on-board network connected via Port C.
Über
Port D, dem Kommunikationsport, kann bei einem Start-Stopp-System
oder anderen Fahrzeugsystemen (beispielsweise zur Rekuperation)
zur Abstimmung der augenblicklichen Betriebsweise eine Datenverbindung
aufgenommen werden.about
Port D, the communication port, can be used for a start-stop system
or other vehicle systems (for example for recuperation)
to tune the current mode of operation a data connection
be recorded.
Die
Kopplungsvorrichtung 10 ist als universelles Modul zur
Kopplung mehrerer elektrischer Teilnetze im Kraftfahrzeug vorgesehen.
Es erhöht den Komfortgewinn durch eine vollelektrische
Fahrzeugfunktionalität bei Motorstarts und während
Motor-Stopp-Phasen. Weiterhin begrenzt sie die Ausgleichsströme
beim Koppeln von elektrischen Speichern 22, 26.
Zudem kann sie einfach ins konventionelle Fahrzeugbordnetz integriert
werden. Sie eignet sich zudem auch für neue Bordnetzkonzepte,
da mindestens zwei Bordnetze gekoppelt werden können, insbesondere
drei. Auf teure DC/DC-Wandler kann verzichtet werden. Durch die
Verwendung einer Induktivität 42 als Bestandteil
der Stromquelle 16 können auch die Stromgradienten
begrenzt werden. Durch eine intelligente Betriebsstrategie können hohe
Schaltströme gezielt verhindert werden.The coupling device 10 is provided as a universal module for coupling a plurality of electrical subnetwork in the motor vehicle. It increases comfort gain through all-electric vehicle functionality during engine starts and during engine stop phases. Furthermore, it limits the compensation currents when coupling electrical storage 22 . 26 , In addition, it can easily be integrated into the conventional vehicle electrical system. It is also suitable for new wiring systems concepts, since at least two electrical systems can be coupled, in particular three. On expensive DC / DC converter can be omitted. By using an inductance 42 as part of the power source 16 also the current gradients can be limited. An intelligent operating strategy makes it possible to selectively prevent high switching currents.
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A1 [0001] - DE 102005015993 A1 [0001]