DE102017000396A1 - Reduction of voltage losses in a 48V electrical system by means of a voltage converter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem (5) zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (2) in einem Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Leistung, mit einer elektrischen Verbindung (3), über welche der elektrische Verbraucher mit einer elektrischen Energiequelle (1) verbunden ist, wobei ein Spannungsniveau (U1) der elektrischen Energiequelle (1) zumindest im Wesentlichen einem Spannungsniveau (U2) des elektrischen Verbrauchers (2) entspricht. Um Spannungsschwankungen in dem Energieversorgungssystem (5), insbesondere einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, gegenüber dem Stand der Technik zu verringern, ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung (3) einen Spannungswandler (4) aufweist, dessen Spannungswandlung variabel an einen Leistungsbedarf des elektrischen Verbrauchers (2) ausgelegt ist, um leistungsabhängige Spannungsschwankungen bei einer Übertragung der elektrischen Leistung auszugleichen.The invention relates to a power supply system (5) for supplying an electrical load (2) in a motor vehicle with an electrical power, with an electrical connection (3), via which the electrical load is connected to an electrical energy source (1), wherein a voltage level (U1) of the electrical energy source (1) at least substantially corresponds to a voltage level (U2) of the electrical load (2). In order to reduce voltage fluctuations in the energy supply system (5), in particular a vehicle electrical system of the motor vehicle, compared to the prior art, it is provided that the electrical connection (3) has a voltage converter (4) whose voltage conversion variable to a power consumption of the electrical consumer ( 2) is designed to compensate for power-dependent voltage fluctuations in a transmission of electrical power.
Description
Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Versorgen des elektrischen Verbrauchers in dem Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a power supply system for supplying an electrical load in a motor vehicle with electrical energy according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for supplying the electrical load in the motor vehicle with electrical energy according to the preamble of
In einem Kraftfahrzeug ist häufig anstatt oder zusätzlich zu einem 12 V-Bordnetz ein 48 V-Bordnetz vorgesehen. Das 48 V-Bordnetz kann dabei einen geeigneten Kompromiss aus Bereitstellung hoher Leistungen und einfacher Integration in das Kraftfahrzeug darstellen. Beispielsweise kann eine Spannung des 48 V-Bordnetzes durch eine serielle Schaltung von herkömmlichen Batteriezellen oder vier 12 V-Batterien bereitgestellt werden. Beispielsweise ergeben 12 reihengeschaltete NMC-Graphit Zellen eine nominelle Spannung von 44,4 V, Was einem Spannungsniveau von etwa 48 V entspricht. Eine durch das 48 V-Bordnetz bereitgestellte elektrische Leistung kann hinreichend sein, um eine elektrische Maschine zu betreiben. Insbesondere kann die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Rekuperieren kinetischer Energie aus einer Fahrt des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein.In a motor vehicle, a 48 V electrical system is often provided instead of or in addition to a 12 V electrical system. The 48 V electrical system can represent a suitable compromise from providing high performance and easy integration into the motor vehicle. For example, a voltage of the 48 V electrical system can be provided by a serial circuit of conventional battery cells or four 12 V batteries. For example, 12 series NMC graphite cells give a nominal voltage of 44.4V, which corresponds to a voltage level of about 48V. A provided by the 48 V electrical system electrical power may be sufficient to operate an electric machine. In particular, the electric machine for driving the motor vehicle and / or recuperating kinetic energy from a drive of the motor vehicle can be set up.
Abhängig von einer durch einen elektrischen Verbraucher, beispielsweise durch die elektrische Maschine, abgerufenen elektrischen Leistung aus dem 48 V-Bordnetz können sich Spannungsschwankungen ergeben. Insbesondere kann die Spannung, die am elektrischen Verbraucher anliegt, bei einer hohen Leistungsanforderung des elektrischen Verbrauchers aufgrund von Leitungsverlusten unterhalb einer nominalen Spannung, beispielsweise 48 V, absinken Ein sicherer oder optimaler Betrieb des elektrischen Verbrauchers ist dann nicht mehr gewährleistet.Depending on a by an electrical load, for example by the electric machine, retrieved electrical power from the 48 V electrical system may result in voltage fluctuations. In particular, the voltage applied to the electrical load, at a high power requirement of the electrical load due to line losses below a nominal voltage, for example, 48 V, drop a safe or optimal operation of the electrical load is then no longer guaranteed.
In diesem Kontext offenbart die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spannungsschwankungen in einem Energieversorgungssystem, insbesondere einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, gegenüber dem Stand der Technik zu verringern.It is an object of the present invention to reduce voltage fluctuations in a power supply system, in particular a vehicle electrical system of a motor vehicle, compared to the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Energieversorgungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems sind Gegenstand der Unteransprüche, der Beschreibung und der Figuren. Zweckmäßige Weiterbildungen des Energieversorgungssystems und deren Vorteile gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.This object is achieved by a power supply system according to the preamble of claim 1. The object is also achieved by a method for supplying an electrical load in a motor vehicle according to the preamble of
Um nun ein Energieversorgungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass Spannungsschwankungen gegenüber dem Stand der Technik verringert werden können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektrische Verbindung einen Spannungswandler aufweist, dessen Spannungswandlung variabel an einen Leistungsbedarf des elektrischen Verbrauchers anpassbar ist, um leistungsabhängige Spannungsschwankungen bei einer Übertragung der elektrischen Leistung auszugleichen. Insbesondere erfolgt durch den Spannungswandler keine Anpassung des Spannungsniveaus der elektrischen Energiequelle und des Spannungsniveaus des elektrischen Verbrauchers. Das Spannungsniveau der elektrischen Energiequelle entspricht genau dann zumindest im Wesentlichen dem Spannungsniveau des elektrischen Verbrauchers, wenn das Spannungsniveau der elektrischen Energiequelle dem Spannungsniveau des elektrischen Verbrauchers entspricht oder maximal um einen vorbestimmten Wert von dem Spannungsniveau des elektrischen Verbrauchers abweicht. Das Spannungsniveau der elektrischen Energiequelle bezeichnet insbesondere eine Ausgangspannung oder Nennspannung der elektrischen Energiequelle, welche die elektrische Energiequelle eingerichtet ist auszugeben. Das Spannungsniveau des elektrischen Verbrauchers bezeichnet insbesondere eine Nennspannung des elektrischen Verbrauchers, wobei der elektrische Verbraucher dazu eingerichtet ist beziehungsweise dazu ausgelegt ist, mit seiner Nennspannung betrieben zu werden. Vorzugsweise ist die elektrische Energiequelle dazu eingerichtet, zumindest im Wesentlichen die Spannung auszugeben, auf die der elektrische Verbraucher ausgerichtet ist.In order to further develop a power supply system according to the preamble of patent claim 1 such that voltage fluctuations can be reduced compared with the prior art, it is provided according to the invention that the electrical connection has a voltage converter whose voltage conversion is variably adaptable to a power requirement of the electrical load to power-dependent To compensate for voltage fluctuations in a transmission of electrical power. In particular, the voltage converter does not adapt the voltage level of the electrical energy source and the voltage level of the electrical consumer. The voltage level of the electrical energy source corresponds exactly then at least substantially the voltage level of the electrical load when the voltage level of the electrical energy source corresponds to the voltage level of the electrical load or deviates at most by a predetermined value from the voltage level of the electrical load. Specifically, the voltage level of the electric power source denotes an output voltage or rated voltage of the electric power source that the electric power source is configured to output. In particular, the voltage level of the electrical load designates a rated voltage of the electrical load, wherein the electrical load is set up or is designed to be operated at its rated voltage. Preferably, the electrical energy source is adapted to at least substantially output the voltage to which the electrical load is aligned.
Insbesondere sind das Spannungsniveau der elektrischen Energiequelle und das Spannungsniveau des elektrischen Verbrauchers geringer als 80 V, vorzugsweise betragen beide Spannungsniveaus 48 V. Vorteilhafterweise sind die elektrische Energiequelle und der elektrische Verbraucher Teil eines 48 V-Bordnetzes. Bei der elektrischen Energiequelle handelt es sich beispielsweise um eine Fahrzeugbatterie.In particular, the voltage level of the electrical energy source and the voltage level of the electrical load are less than 80 V, preferably both voltage levels are 48 V. Advantageously, the electrical energy source and the electrical load part of a 48 V electrical system. At the electrical energy source it is for example a vehicle battery.
Insbesondere weist der Spannungswandler eine Steuereinheit auf, in der ein Kennfeld hinterlegt ist, welches die Spannungswandlung abhängig von einem Leistungsbedarf des elektrischen Verbrauchers steuert. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungswandler mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs verbunden beziehungsweise vernetzt sein. Das Kennfeld kann in der Steuereinheit des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit durch einen Central Powertrain Controller oder Motor Controller bereitgestellt wird, um die Funktionen zentral und/oder gegebenenfalls kostengünstiger ausführen zu können. Alternativ oder zusätzlich zu dem Kennfeld kann anhand eines oder mehrerer Fahrzeugsignale, beispielsweise eines Leistungsbedarfs einer elektrischen Maschine und einer Spannung an der elektrischen Maschine, ein optimaler Wert für die Spannungswandlung berechnet werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine funktionsbasierte Lösung mehrere Fahrzeugsignale auswertet und daraus die optimale Spannung berechnet. Der elektrische Verbraucher kann als elektrische Maschine ausgebildet sein. Fordert eine Motorelektronik, die zum Steuern der elektrischen Maschine ausgelegt ist, eine von einer momentanen mechanischen Leistung der elektrischen Maschine unterschiedliche mechanische Leistung an, beispielsweise bei einem Gas geben durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, so kann die Steuereinheit anhand des Kennfeldes in der Lage sein, die Spannungswandlung instantan oder vorausschauend an den Leistungsbedarf der elektrischen Maschine anzupassen.In particular, the voltage converter has a control unit in which a characteristic map is stored, which controls the voltage conversion depending on a power requirement of the electrical load. Alternatively or additionally, the voltage converter can be connected or networked with a control unit of the motor vehicle. The map can be stored in the control unit of the motor vehicle. It can be provided that the control unit is provided by a central powertrain controller or motor controller in order to be able to perform the functions centrally and / or, if appropriate, at lower cost. Alternatively or in addition to the characteristic map, an optimum value for the voltage conversion can be calculated on the basis of one or more vehicle signals, for example a power requirement of an electrical machine and a voltage on the electrical machine. For example, it is provided that a function-based solution evaluates a plurality of vehicle signals and calculates the optimum voltage therefrom. The electrical load can be designed as an electrical machine. If an engine electronics system that is designed to control the electric machine requires different mechanical power from a momentary mechanical power of the electrical machine, for example when a gas is given by a driver of the motor vehicle, the control unit may be able to use the characteristic map to to adapt the voltage conversion instantaneously or anticipatory to the power requirement of the electrical machine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
Der elektrische Verbraucher
Um die Versorgung des elektrischen Verbrauchers mit der elektrischen Leistung durch die elektrische Energiequelle
Die elektrische Energiequelle
Um zu gewährleisten, dass die Eingangsspannung an dem elektrische Verbraucher
Beispielsweise ist die Steuereinheit
Der Spannungswandler
Alternativ oder zusätzlich kann durch den Spannungswandler
Vorteilhafterweise ist der Spannungswandler
Der Spannungswandler
Die Steuereinheit
Der Spannungswandler
In einer Weiterbildung der Erfindung können der Spannungswandler
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrische Energiequelleelectrical energy source
- 22
- elektrischer Verbraucherelectrical consumer
- 33
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 44
- SpannungswandlerDC converter
- 55
- EnergieversorgungssystemPower system
- 66
- elektrische Leitungelectrical line
- 77
- Wechselrichterinverter
- 1010
- Diodediode
- 1111
- Schalterswitch
- 1212
- Diodediode
- 1313
- Schalterswitch
- 1515
- SpuleKitchen sink
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 2020
- Phasenstrangphase conductor
- 2121
- oberer Schalterupper switch
- 2222
- obere Diodeupper diode
- 23 23
- unterer Schalterlower switch
- 2424
- untere Diodenlower diodes
- 2525
- Diodediode
- 2727
- SpuleKitchen sink
- 2828
- Kondensatorcapacitor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008046301 A1 [0004] DE 102008046301 A1 [0004]
Claims (5)
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Publications (1)
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008046301A1 (en) | 2007-09-12 | 2009-04-30 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Method and system for converting DC power to AC power |
-
2017
- 2017-01-18 DE DE102017000396.3A patent/DE102017000396A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102008046301A1 (en) | 2007-09-12 | 2009-04-30 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Method and system for converting DC power to AC power |
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Legal Events
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