DE10231089A1

DE10231089A1 - Diodenanordnung zur Auswahl der Energieversorgung in einem elektrischen Bordnetz

Info

Publication number: DE10231089A1
Application number: DE2002131089
Authority: DE
Inventors: Oliver Luz; Diethard Loehr; Christoph Wenger; Clemens Schmucker; Michael Fehrenbach; Matthias Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen (1, 2) in einem elektrischen Bordnetz mit mehreren Verbrauchern (12, 13). Eine besonders einfache Auswählvorrichtung, die insbesondere ohne aktiven Schalter arbeitet, umfaßt eine erste Diodenanordnung (3), die zwischen der ersten Energiequelle (1) und einem Verbraucher (12) angeschlossen ist, und eine zweite Diodenanordnung (4), die zwischen der zweiten Energiequelle und dem Verbraucher (12) angeschlossen ist, wobei die Diodenanordnungen (3, 4) derart ausgelegt sind, daß der Spannungsabfall über die zweite Diodenanordnung (4) größer ist als derjenige über die erste Diodenanordnung (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem elektrischen Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die zunehmende Ausstattung von Fahrzeugen mit sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern, wie z.B. Steuergeräten für eine ASR (Antriebsschlupfregelung), elektrohydraulischen Bremsen etc., wird die Stabilität und insbesondere die Ausfallsicherheit elektrische Fahrzeug-Bordnetze immer wichtiger.

Moderne Bordnetze umfassen daher neben einer Haupt-Energiequelle (Hauptbatterie) eine redundante Energiequelle (Hilfs- bzw. Stützbatterie), die bei schwacher oder nicht funktionsfähiger Hauptbatterie zugeschaltet werden kann, um insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher weiterhin zu versorgen. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtung, mit der zwischen einer Hauptbatterie 1 und einer Stützbatterie 2 als Energiequelle ausgewählt werden kann, ist in 1 dargestellt.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Bordnetzes mit mehreren Verbrauchern 12, 13, die wahlweise von der Hauptbatterie 1 oder der Stützbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Die elektrischen Verbraucher sind in zwei Gruppen 12, 13 aufgeteilt, wobei die Gruppe von Verbrauchern 13 im wesentlichen nicht-sicherheitsrelevante Komfortverbraucher, und die Gruppe 12 sicherheitsrelevante Verbraucher, wie z.B. bestimmte Steuergeräte oder Sicherheitstechnik umfaßt. Die Komfortverbraucher 13 sind direkt mit der Hauptbatterie 1, und die Verbraucher 12 indirekt über eine Schaltvorrichtung 17 mit der Hauptbatterie 1 verbunden.

Bei Normalbetrieb (die Hauptbatterie 1 ist im wesentlichen voll leistungsfähig) werden sowohl die Komfortverbraucher 13 als auch die sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 aus der Hauptbatterie 1 versorgt. Bei schwacher oder nicht funktionsfähiger Hauptbatterie 1 (Notbetrieb) schaltet die Schaltvorrichtung 17 den Schalter 5 in die andere Stellung, so daß die sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 von der Stützbatterie 2 mit Energie versorgt werden. Die Komfortverbraucher 13 werden in diesem Zustand nicht mehr mit Energie versorgt.

Die Schaltvorrichtung 17 umfaßt im wesentlichen einen Komparator 7, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Netzspannung U_N einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Die Schaltschwelle des Komparators 7 ist in bekannter Weise mittels eines Spannungsteilers 8, 9 und einer Widerstand-Zenerdioden-Anordnung 10, 11 am Referenzeingang des Komparators 7 eingestellt.

Bei Ausgabe eines Ausgangssignal wird ein bistabiles Speicherglied 6 gesetzt, das den Schalter 5 in die andere Stellung umschaltet. Nach dem Auswechseln oder Aufladen der Hauptbatterie 1 wird das Speicherglied 6 von einem Mikrocontroller 18 zurückgesetzt.

Bekannte Schalvorrichtungen, wie die dargestellte, sind relativ kompliziert aufgebaut und somit relativ teuer.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wesentlich einfachere Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, vollständig auf eine Schaltvorrichtung mit einem aktiven Schalter zu verzichten und statt dessen eine Auswählvorrichtung vorzuschlagen, bei der eine erste Energiequelle über eine erste Diodenanordnung mit einem Verbraucher, und eine zweite Energiequelle über eine zweite Diodenanordnung mit dem Verbraucher verbunden ist, wobei die Diodenanordnungen derart ausgelegt sind, daß der Spannungsabfall über die zweite Diodenanordnung größer ist als derjenige über die erste Diodenanordnung. Eine solche Realisierung ermöglich die Versorgung der Verbraucher aus verschiedenen Energiequellen ohne Verwendung aktiver Schalter.

In einem Kfz-Bordnetz ist eine erste Gruppe von Verbrauchern (Komfortverbraucher) vorzugsweise direkt, und eine zweite Gruppe von Verbrauchern (sicherheitsrelevante Verbraucher) indirekt über die erste Diodenanordnung an der ersten Energiequelle angeschlossen. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher sind über die zweite Diodenanordnung mit der zweiten Energiequelle verbunden und werden ohne Umschaltvorgang, d.h. automatisch, von der zweiten Energiequelle versorgt, wenn die Spannung der ersten Energiequelle unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die zweite Diodenanordnung wenigstens zwei Dioden. Die Dioden der ersten und zweiten Diodenanordnung sind vorzugsweise identisch aufgebaut. Somit läßt sich die Auswählvorrichtung in einfacher Weise auch ohne zusätzliche Bauelemente, wie z.B. Widerstände, realisieren.

Die Diodenanordnungen sind vorzugsweise derart realisiert, daß die Differenz des Spannungsabfalls über die erste Diodenanordnung und demjenigen über die zweite Diodenanordnung einen Wert aufweist, der einer Verringerung des Ladezustands der ersten Energiequelle um wenigstens 50% entspricht. Dadurch wird erreicht, daß bei einem Leistungsabfall der ersten Energiequelle um mehr als 50% die Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher im wesentlichen durch die zweite Energiequelle erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schaltvorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem Bordnetz gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
3 den Ladezustand einer Batterie in Abhängigkeit von der Batteriespannung.
Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
2 zeigt ein elektrisches Bordnetz mit einer Vorrichtung 17 zur Auswahl der Energieversorgung zwischen verschiedenen Energiequellen, im vorliegenden Fall zwischen einer ersten Batterie 1 (Hauptbatterie) und einer zweiten Batterie 2 (Stützbatterie).
Eine erste Gruppe von Verbrauchern, die hier als ein Verbraucher 13 dargestellt sind, ist unmittelbar an der Hauptbatterie 1 angeschlossen, während die andere Gruppe von Verbrauchern 12 über die Auswählvorrichtung 17 mit den Batterien 1, 2 verbunden ist. Bei der ersten Gruppe von Verbrauchern 13 handelt es sich im wesentlichen um Komfortverbraucher, wie z.B. Sitzheizung, Klimaanlage, Radio, etc., die nicht sicherheitsrelevant sind, wogegen die zweite Gruppe von Verbrauchern 12 vor allem sicherheitsrelevante Verbraucher, wie z.B. Steuereinrichtungen oder elektrohydraulische Bremsen umfaßt, die auch bei schwacher oder nicht funktionsfähiger Hauptbatterie 1 mit Energie versorgt werden müssen.
Die Auswählvorrichtung 17 umfaßt eine erste Diodenanordnung 3 mit einer Diode 14 und eine zweite Diodenanordnung 4 mit zwei Dioden 15, 16. Die Dioden sind dabei derart angeordnet, daß die Batterien 1, 2 von einander entkoppelt sind.
Die in der zweiten Diodenanordnung 4 vorgesehene zusätzliche Diode 16 bewirkt einen zusätzlichen Spannungsabfall von etwa 0,7 V im Vergleich zum Spannungsabfall über die erste Diodenanordnung 3. Sind beide Batterien 1, 2 voll aufgeladen und liefern beide Batterien 1, 2 etwa die gleiche Spannung (12,5 V), so werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 im wesentlichen ausschließlich von der Hauptbatterie 1 mit Energie versorgt, da die Hauptbatterie am Anschlußknoten M1 eine höhere Spannung liefert. Fällt dagegen die Spannung der Batterie 1 um mehr als 0,7 V, so wird automatisch die Spannungsversorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher 12 von der zweiten Batterie 2 übernommen, da die zweite Batterie 2 am Knoten M1 eine höhere Spannung liefern kann als die erste Batterie 1.
Wie erwähnt, ist die Schwelle, ab der die Energieversorgung von der ersten Batterie 1 auf die zweite Batterie 2 umschaltet, durch die in der zweiten Diodenanordnung 4 vorgesehene zusätzliche Diode 16 vorgegeben, die im vorliegenden Beispiel eine Flußspannung von etwa 0,7 V aufweist. Selbstverständlich kann auch jede beliebige andere Umschaltschwelle durch entsprechende Dimensionierung der Diodenanordnungen 3, 4, wie etwa durch Auswahl verschiedener Diodentypen oder gegebenenfalls auch durch Einfügung von Widerständen realisiert werden.
3 zeigt einen typischen Verlauf des Ladezustands einer Batterie in Abhängigkeit von der Batteriespannung. Ein Spannungsabfall von 0,7 V entspricht, wie zu erkennen ist, einer Verringerung des Ladezustands um 70%. Soll die Stützbatterie 2 beispielsweise bereits ab einer Verringerung des Ladezustands der Hauptbatterie um 50% zugeschaltet werden, so muß die zweite Diodenanordnung 4 derart dimensioniert werden, daß gegenüber der ersten Diodenanordnung 3 ein zusätzlicher Spannungsabfall von 0,4 V auftritt.

1: Hauptbatterie
2: Stützbatterie
3: Erste Diodenanordnung
4: Zweite Diodenanordnung
5: Schalter
6: Register
7: Komparator
8: Widerstand
9: Widerstand
10: Widerstand
11: Zenerdiode
12: Sicherheitsrelevante Verbraucher
13: Komfortverbraucher
14–16: Dioden
17: Auswählvorrichtung
18: Mikrocontroller

Claims

Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen (1, 2) in einem elektrischen Bordnetz mit mehreren Verbrauchern (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Energiequelle (1) über eine erste Diodenanordnung (3) mit einem der Verbraucher (12), und eine zweite Energiequelle (2) über eine zweite Diodenanordnung (4) mit dem Verbraucher (12) verbunden ist, wobei die Diodenanordnungen (3, 4) derart ausgelegt sind, daß der Spannungsabfall über die zweite Diodenanordnung (4) größer ist als der Spannungsabfall über die erste Diodenanordnung (3).
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diodenanordnung (4) wenigstens zwei Dioden (15, 16) umfaßt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (14, 15, 16) identisch sind.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenanordnungen (3, 4) derart ausgelegt sind, daß der Unterschied der Spannungsabfälle über die Diodenanordnungen (3, 4) wenigstens einen Wert aufweist, der einer Verringerung des Ladezustands der ersten Energiequelle (1) um wenigstens 50% entspricht.