RU2696539C2 - Бортовая сеть для автомобиля - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к электрическим схемам транспортных средств. Бортовая сеть для автомобиля, в частности для грузового автомобиля, содержит первую частичную сеть, в которой приложено первое номинальное напряжение, содержащую первый накопитель энергии и первый нагрузочный резистор, образованный несколькими потребителями, и вторую частичную сеть, в которой приложено второе номинальное напряжение, содержащую генератор и второй накопитель энергии. При этом первая и вторая частичные сети связаны между собой через параллельное соединение из преобразователя напряжения и вспомогательного зарядного устройства. Причем вспомогательное зарядное устройство включает в себя нерегулируемый элемент ограничения тока и включенные последовательно с ним первый и второй переключатели. Также заявлено транспортное средство, в частности грузовой автомобиль, содержащий вышеуказанную бортовую сеть. Технический результат заключается в возможности подзаряда разряженного накопителя энергии в частичной сети с более высоким номинальным напряжением через другую частичную сеть. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к бортовой сети для автомобиля, особенно для грузового автомобиля, согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.

Для электроснабжения различных потребителей через сеть разработанные в последнее время бортовые сети для автомобилей имеют кроме первого еще и второй уровень напряжения. При этом первый и второй уровень напряжения связаны между собой через преобразователь напряжения. К первой частичной сети с более низким номинальным напряжением (например, 24 В) подключены, как правило, потребители с более низким потреблением мощности. Кроме того, может быть предусмотрен первый накопитель энергии. Ко второй частичной сети с более высоким номинальным напряжением (например, 48 В) могут подключаться потребители высокой мощности, генератор и второй накопитель энергии. Потребители низкого напряжения могут в критических рабочих ситуациях по выбору снабжаться из второй частичной сети.

Генератор может представлять собой так называемый генератор с несколькими уровнями напряжения (Multi-Voltage-Generator, MVG), который в зависимости от напряжения, приложенного к его катушке возбуждения, генерирует высокое или низкое напряжение и снабжает обе частичные сети электрической мощностью. Если генератор выполнен как электрический стартер-генератор, например, как стартер-генератор коленчатого вала, он может применяться для запуска двигателя.

Часто между этими частичными сетями для связывания обеих частичных сетей устанавливается (DC/DC)-преобразователь напряжения, который может переносить энергию между сетями. Одним свойством этого DC/DC-преобразователя является то, что он для соответствующих сторон имеет максимальное и минимальное выходное и входное напряжение. Если в бортовой сети устанавливается накопитель, который, например, имеет высокий саморазряд при выключении транспортного средства, или в разряженном состоянии монтируется на транспортное средство, он должен заряжаться или подготавливаться к работе. В типичном случае применения сети с напряжением 24В/12 В с кислотной аккумуляторной батареей это осуществляется посредством автомобильного генератора. Если накопитель не является кислотной аккумуляторной батареей, или в соответствующей энергетической бортовой сети не имеется автомобильного генератора, предварительная зарядка должна осуществляться посредством DC/DC-преобразователя.

При этом проблемой является то, что к DC/DC-преобразователю из-за этого предъявляются повышенные требования для диапазона выходного напряжения в отношении минимального выходного напряжения. Вследствие этого DC/DC-преобразователь должен рассчитываться на увеличенный диапазон преобразования напряжения, хотя максимальный диапазон преобразования напряжения требуется включать лишь редко. Преобразователи напряжения являются, однако, затратными в конструировании и дорогостоящими в изготовлении. Так, например, необходимые компоненты, такие как сглаживающие конденсаторы и катушки накопителя, не пригодны для высоких температур. Кроме того, должны приниматься меры для устранения помех, так как в DC/DC-преобразователях коммутируются высокие токи с очень крутыми фронтами.

Поэтому в уровне техники предлагалось, параллельно к преобразователю напряжения, также предусмотреть последовательный стабилизатор, чтобы разгружать DC/DC-преобразователь и поэтому обеспечивать возможность его выполнения с меньшими размерами и более экономично. Последовательные стабилизаторы являются надежными и имеют высокую температурную стабильность. Они могут охлаждаться водой для охлаждения двигателя. Их помеховое излучение незначительно.

Подобная конструкция известна из DE 102 62 000 А1. Этот документ предшествующего уровня техники описывает бортовую сеть для автомобиля с по меньшей мере одним первым и одним вторым уровнем напряжения и генератором, причем первый и второй уровень напряжения через первое устройство связи связаны друг с другом, причем первое устройств связи содержит последовательный стабилизатор. Бортовая сеть также включает в себя первое устройство регулирования, которое управляет последовательным стабилизатором с учетом будущей нагрузки второго уровня напряжения.

Подобная конструкция также известна из DE 10 2005 060 129 А1, причем, кроме того, электрическим потребителям присваивается соответствующий собственный приоритет, и электрические потребители снабжаются в зависимости от их электрического приоритета, так что сумма потребляемых мощностей не превышает заданное значение мощности генератора.

Однако подходящий последовательный стабилизатор также является сравнительно дорогостоящим в изготовлении и требует дополнительных затрат на регулирование.

Таким образом, задачей изобретения является предоставить бортовую сеть или соответственно улучшенное устройство связи обеих частичных сетей бортовой сети, с помощью которых могут быть устранены недостатки обычных бортовых сетей или соответственно устройств связи. В частности, в основе изобретения лежит задача более простого и более экономичного выполнения такого устройства связи, которое обеспечивает возможность подзаряда разряженного накопителя энергии в частичной сети с более высоким номинальным напряжением через другую частичную сеть посредством устройства связи.

Эти задачи решаются посредством бортовой сети с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и будут пояснены более подробно в последующем описании частично со ссылками на чертежи.

Соответствующая изобретению бортовая сеть для автомобиля, в частности для грузового автомобиля, имеет в соответствии с уровнем техники первую частичную сеть, в которой приложено первое номинальное напряжение, и вторую частичную сеть, в которой приложено второе номинальное напряжение (U2). Первая частичная сеть может содержать первый накопитель энергии и первый нагрузочный резистор, образованный несколькими потребителями. Вторая частичная сеть может содержать генератор, например, стартер-генератор, и второй накопитель энергии. Обе частичные сети соединены с массой. Типичным образом, в этом случае первое номинальное напряжение (U1) меньше, чем второе номинальное напряжение (U2).

Кроме того, в рамках изобретения возможно, что генератор является электрической машиной, которая выполнена с возможностью работы в режиме генерации или соответственно в режиме рекуперации и запуска двигателя внутреннего сгорания. В частности, генератор может быть стартером-генератором коленчатого вала. Второй накопитель энергии выполнен таким образом, чтобы накапливать выработанный генератором электрический заряд, и может представлять собой, например, суперконденсаторный накопитель или литиево-ионный аккумулятор.

В соответствии с общими аспектами изобретения, связь обеих частичных сетей друг с другом осуществляется через параллельное соединение преобразователя напряжения и вспомогательного зарядного устройства, причем вспомогательное зарядное устройство является нерегулируемым элементом ограничения тока и содержит по меньшей мере один последовательно соединенный с ним переключатель. Преобразователь напряжения, далее обозначаемый как DC/DC-преобразователь, предпочтительно выполнен так, чтобы для соответствующих сторон по отношению к частичным сетям иметь минимальное и максимальное выходное и входное напряжение.

Таким образом, обеспечен переключаемый байпас к преобразователю напряжения, причем вспомогательное зарядное устройство или вспомогательная зарядная схема предпочтительным образом могут быть реализованы особенно просто и экономично. С помощью переключателя байпас может при необходимости размыкаться и замыкаться.

Элемент ограничения тока может быть омическим резистором, что обеспечивает возможность особенно простого и экономичного выполнения.

Элемент ограничения тока или соответственно резистор предпочтительно рассчитан таким образом, что при соединении обеих частичных сетей через вспомогательное зарядное устройство накопитель энергии и потребитель в частичной сети работают при пониженном номинальном напряжении внутри предопределенных рабочих пределов. Таким образом, сопротивление следует выбирать, например, по меньшей мере такой величины, что выбросы тока, возникающие при соединении обеих частичных сетей, не превышают заданные пределы тока для компонентов, находящихся в частичных сетях. Расчет элемента ограничения тока может осуществляться посредством моделирования или экспериментально. Дополнительные затраты на регулирование, как это имело место при применении последовательного стабилизатора, отсутствуют.

Согласно предпочтительной форме выполнения, вспомогательное зарядное устройство может содержать второй переключатель, который расположен последовательно с первым переключателем и элементом ограничения тока. Этот вариант предоставляет преимущество дополнительной защиты для случая сбоя первого переключателя, чтобы избегать того, что при отказе первого переключателя обе частичные сети либо больше не смогут связываться посредством байпаса, либо непреднамеренным образом связываются друг с другом через байпас.

Изобретение, в отношении конструктивного выполнения электрического переключателя или электрических переключателей вспомогательного зарядного устройства, не ограничено определенной конструкцией или типом переключателя или переключателей.

Одна возможность соответствующей изобретению реализации предусматривает, что первый переключатель и второй переключатель выполнены как полупроводниковые переключатели или соответственно IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) с соответствующим параллельно включенным диодом, причем диод первого переключателя расположен встречно-последовательно по отношению к диоду второго переключателя. Под встречно-последовательным расположением диодов понимается то, что направления пропускания диодов противоположны друг другу. В этом случае вспомогательное зарядное устройство состоит, таким образом, из элемента ограничения тока и двух последовательно включенных параллельных схем из соответствующего полупроводникового переключателя и диода, причем диоды являются встречно-последовательными друг другу. Этот вариант выполнения объединяет преимущества хороших свойств переключения полупроводниковых переключателей, защиты для случая отказа одного переключателя и обеспечивает, благодаря пассивным свойствам переключения диода, что при замкнутых полупроводниковых переключателях не происходит разряд накопителя энергии в высоковольтной сети до напряжения ниже низковольтного напряжения другой частичной сети.

Кроме того, может обеспечиваться аварийный режим, при котором первая частичная сеть снабжается энергией из второй частичной сети.

В предпочтительном варианте первый переключатель является N-канальным MOS-FET (полевым транзистором со структурой металл-оксид-полупроводник), и второй переключатель является N-канальным MOS-FET, включенным встречно-последовательно к первому N-канальному MOS-FET. N-канальный MOS-FET-транзистор уже имеет встречно-параллельно включенный безынерционный диод. Встречно-последовательное соединение обоих N-канальных MOS-FET обеспечивает, таким образом, что обе частичных сети в случае замкнутых переключателей и при наличии соответствующих разностей потенциалов не соединяются нежелательным образом, и при замкнутых полупроводниковых переключателях происходит разряд накопителя энергии в высоковольтной сети до напряжения ниже низковольтного напряжения другой частичной сети.

В другом варианте изобретения, второй переключатель вспомогательного зарядного устройства выполнен как пассивный переключатель, предпочтительно как диод, который расположен последовательно с первым переключателем и элементом ограничения тока. Преимущество выполнения второго переключателя как диода вновь состоит в том, что за счет пассивных свойств переключения диода не происходит разряда накопителя до напряжения ниже HV-напряжения при замкнутом первом переключателе. Однако аварийный режим, при котором первая частичная сеть снабжается энергией из второй частичной сети, больше не возможен.

Для защиты компонентов является предпочтительным, что элемент ограничения тока по отношению к первой частичной сети расположен перед первым переключателем и вторым переключателем. В принципе, очередность в последовательном включении может, однако, выбираться произвольно.

Наконец, в рамках изобретения существует возможность того, что в первой частичной сети предусмотрен внешний зарядный интерфейс для подключения внешнего зарядного устройства или внешнего пункта поддержки запуска от внешнего источника. Особое преимущество этого варианта выполнения состоит в том, что разряженный накопитель энергии во второй частичной сети может заряжаться через внешний зарядный интерфейс первой частичной сети, так что способность к запуску приводного двигателя автомобиля может быть восстановлена из внутренней для транспортного средства бортовой сети с несколькими уровнями напряжения, если, например, наряду со стартером-генератором во второй частичной сети не предусмотрен дополнительный обычный стартер. За счет обеспечения внешнего зарядного интерфейса в частичной сети с пониженным номинальным напряжением могут, например, применяться обычная низковольтная батарея или обычная низковольтная бортовая сеть постороннего транспортного средства, которые существенно шире распространены, чем внешнее зарядное устройство или соответственно пункт поддержки запуска от внешнего источника.

Бортовая сеть может, кроме того, включать в себя измерительное устройство для регистрации напряжения в первой частичной сети и для регистрации напряжения во второй частичной сети. В зависимости от зарегистрированных значений напряжения может тогда осуществляться связь по выбору через преобразователь напряжения или вспомогательное зарядное устройство. Например, может размыкаться байпас, путем замыкания переключателя или переключателей вспомогательного зарядного устройства, если имеется два переключателя, когда напряжение в частичной сети с более высоким номинальным напряжением спадает ниже заданного порогового значения, или когда установлен сбой функционирования преобразователя напряжения.

При этом следует отметить, что в рамках изобретения существует возможность централизованно управлять преобразователем напряжения и/или переключателями вспомогательного зарядного устройства от блока управления, который получает переданные текущие значения напряжения обеих частичных сетей. Альтернативно, вспомогательное зарядное устройство может быть выполнено, например, таким образом, что оно автономно размыкает или замыкает переключатель(и) вспомогательного зарядного устройства в зависимости от значений напряжения обеих частичных сетей. В соответствии с этим вариантом, вспомогательное зарядное устройство предпочтительным образом может, кроме того, включать в себя средства для измерения напряжения, чтобы определять напряжения в обеих частичных сетях.

Изобретение также относится к транспортному средству, в частности грузовому автомобилю, с бортовой сетью согласно любому из предыдущих пунктов.

Дополнительные детали и преимущества изобретения описываются далее со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - бортовая сеть согласно примеру выполнения;

Фиг. 2А - бортовая сеть согласно другому примеру выполнения;

Фиг. 2В - таблица для иллюстрации способа функционирования вспомогательного зарядного устройства согласно примеру выполнения по фиг. 2А;

Фиг. 3А - бортовая сеть согласно другому примеру выполнения;

Фиг. 3В - таблица для иллюстрации способа функционирования вспомогательного зарядного устройства согласно примеру выполнения по фиг. 3А;

Фиг. 4 - бортовая сеть согласно другому примеру выполнения; и

Фиг. 5 - диаграмма последовательности для иллюстрации работы бортовой сети по фиг. 4 с внешней поддержкой запуска.

Одинаковые или функционально эквивалентные элементы на всех фигурах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 схематично показывает пример выполнения бортовой сети 10 транспортного средства, в частности, грузового автомобиля. Бортовая сеть 10 имеет две частичных сети 11, 12:

Первая частичная сеть 11, в которой приложено первое сетевое напряжение U1, например, 24 В, и которая содержит первый накопитель 2 энергии и нагрузочный резистор 4. Нагрузочный резистор 4 образован посредством по меньшей мере одного, предпочтительно нескольких потребителей. Для потребителей в первой частичной сети 11 требуется постоянного питающее напряжение и они имеют, в частности, относительно постоянное потребление мощности. Кроме того, первая частичная сеть 2 имеет датчик 8 для контроля напряжения в первой частичной сети 11. Далее также применяются термины «бортовая сеть» или просто «сеть» вместо термина «частичная сеть».

Кроме того, вторая частичная сеть 12, в которой приложено второе сетевое напряжение U2, например, 48В, и в которой предусмотрен стартер-генератор 5. Стартер-генератор 5 выполнен с возможностью запуска двигателя внутреннего сгорания (не показан) автомобиля и работы в режиме генератора или в режиме рекуперации. В бортовой сети 10 стартер-генератор 5 генерирует, кроме того, сетевое напряжение и подает ток ко всем потребителями, подключенным к бортовой сети 10.

Во второй частичной сети 12, кроме того, предусмотрен второй накопитель 3 энергии. Второй накопитель 3 энергии выполнен так, чтобы накапливать заряд, выработанный стартером-генератором 5 при работе в режиме генератора или соответственно в режиме рекуперации. Накопитель 3 энергии выполнен как суперконденсаторный накопитель. Во второй частичной сети 12 могут, опционально, также подключаться один или несколько потребителей 9.

Ссылочные позиции 6 и 7 обозначают, соответственно, точки массы обеих частичных сетей. Обе частичные сети являются, таким образом, соединенными с массой.

Бортовая сеть 10 включает в себя, кроме того, преобразователь 1 напряжения (DC/DC-преобразователь), который двунаправлено связывает первую частичную сеть 11 со второй частичной сетью 12 известным способом.

Управление бортовой сетью 10 осуществляется управляющим устройством 17, которое через соответствующие линии 19 сигналов и сообщений (они изображены на чертежах, для отличия от токоведущих линий, пунктирным линиями) соединено с соответствующими компонентами бортовой сети 10, в частности, с преобразователем 1 напряжения, вспомогательной зарядной схемой 13 и точками 8, 9 измерения напряжения, чтобы обеспечивать снабжение первой частичной сети 11 с требуемым постоянством. Кроме того, управляющее устройство 17 через управляющие линии (не показаны) соединено со стартером-генератором 5, чтобы управлять его отдачей мощности. Управляющее устройство 17 может также через управляющие линии соединяться с отдельными потребителями (не показано), чтобы их отключать или подключать в случае необходимости.

Управляющий блок 17 выполнено, например, так, чтобы выдавать управляющие сигналы на преобразователь 1 напряжения в зависимости от принятых измерительных сигналов от точек 8, 9 измерения напряжения и/или в зависимости от состояний заряда накопителей 2, 3 энергии. В зависимости от принятых от блока управления управляющих сигналов, преобразователь 1 напряжения выполнен таким образом, чтобы энергию от первой частичной сети 11 передавать во вторую частичную сеть 12, и наоборот. Через преобразователь напряжения таким образом энергия может, в частности, передаваться от первого накопителя 2 энергии к второму накопителю 3 энергии и наоборот.

Емкость 3 накопителя может дополнительно заряжаться через двунаправлено работающий DC/DC-преобразователь 1 из накопителя 2 энергии. Если, в случае запуска, энергии емкости 3 накопителя недостаточно, то существует возможность получать энергию для запуска стартер-генератором через вспомогательную зарядную схему 13 из накопителя 2 энергии, как только напряжение на емкости 3 накопителя, измеренное точкой 8 измерений, спадает ниже напряжения накопителя 2 энергии.

Параллельно к преобразователю 1 напряжения включена упомянутая вспомогательная зарядная схема 13, так что первая и вторая частичная сеть (11, 12) через параллельную схему из преобразователя 1 напряжения и вспомогательной зарядной схемы 13 связаны друг с другом. Вспомогательное зарядное устройство 13 образовано из резистора 14 и по меньшей мере одного соединенного последовательно с ним переключателя 15. Вспомогательная зарядная схема, то есть переключатель или переключатели 15, 16 вспомогательной зарядной схемы, также управляется от блока 17 управления, так что обе частичные сети 11, 12 могут связываться по выбору через преобразователь 1 напряжения или вспомогательную зарядную схему 13. Резистор 14 служит тому, чтобы ограничивать зарядный ток, если связь обеих частичных сетей 11, 12 осуществляется через вспомогательную зарядную схему 13.

Опционально (указано посредством штриховой рамки) может предусматриваться второй переключатель 16, чтобы, в случае единичной неисправности переключателя, предотвращать непреднамеренное соединение сетей 11, 12.

В первой частичной сети 11, кроме того, предусмотрен внешний зарядный интерфейс, через который возможно подключать внешние источники энергоснабжения к бортовой сети 10.

Для случая применения, когда стартер-генератор 5 для двигателя внутреннего сгорания питается из второй бортовой сети 12, и накопитель 3 энергии этой сети 12 разряжен, можно тогда с помощью схемы 13 подзарядки вновь восстановить готовность к запуску. Если запуск двигателя осуществляется, например, из частичной сети 12 сети с напряжением 48В, то не требуются никакие новые приспособления для облегчения запуска, а могут использоваться имеющиеся устройства на 12В/24В и соответствующие средства.

Чтобы процессом зарядки управлять децентрализованным образом, необходимо, чтобы напряжение бортовых сетей 11, 12 было известно. Для этого необходимы подходящие точки измерений в бортовых сетях 11, 12. Это может, например, осуществляться посредством измерений внутренних управляющих устройств, которые тогда свои измеренные значения распределяют по шинной системе транспортного средства, или посредством отдельных измерительных устройств 8, 9, как показано на фиг. 1, которые подключены к системе управления транспортного средства.

Далее будут описаны другие примеры выполнения. При этом компоненты с теми же самыми ссылочными позициями соответствуют компонентам на фиг. 1.

Особенность показанного на фиг. 2А примера 20 выполнения заключается в том, что переключатель вспомогательной зарядной схемы 23 образован из первого N-канального MOS-FET-переключателя 25 и соединенного встречно-последовательно с ним второго N-канального MOS-FET-переключателя 26. Такой N-канальный MOS-FET имеет интегральный встречно-параллельно включенный безынерционный диод, так что при встречно-последовательном соединении обоих N-канальных MOS-FET 25, 26 соответствующие диоды имеют противоположные направления пропускания. Конфигурация из двух встречно-последовательных N-канальных MOS-FET вновь предотвращает то, что в случае единичной неисправности одного переключателя может произойти непреднамеренное соединение сетей 11, 12.

Разумеется, возможно альтернативное выполнение с только одним переключателем, причем тогда следует выбрать переключатель 25, диод которого на фиг. 2А расположен таким образом, что его направление пропускания соответствует направлению из первой частичной сети 11 во вторую частичную сеть 12.

Фиг. 2В иллюстрирует состояния переключения N-канальных MOS-FET-переключателей 25, 26 для различных рабочих состояний. Для разделения обеих бортовых сетей 11, 12, управляющий блок 17 размыкает переключатели 25, 26. При заряженном накопителе 2 и разряженном накопителе 3 последний может заряжаться через накопитель 2. Для этого обе частичные сети 11, 12 связаны через вспомогательную зарядную схему 23. Для этого управляющий блок 17 замыкает переключатели 25, 26. Вспомогательная зарядная схема может поэтому также обозначаться как схема подзарядки.

В нормальном режиме, то есть напряжение в частичной сети 12 больше, чем в частичной сети 11, оба переключателя 25, 26 разомкнуты; связь осуществляется через преобразователь 1 постоянного напряжения.

Когда установлен сбой функционирования преобразователя напряжения, потребители 4 первой частичной сети 11 также могут в порядке помощи снабжаться энергией от вспомогательной зарядной схемы 23. Для этого аварийного режима переключатели 25, 26 также замыкаются.

Кроме того, можно, как описано выше, осуществлять внешнюю зарядку разряженного накопителя 3 энергии второй частичной сети 12 посредством подключения внешнего источника энергии через внешний зарядный интерфейс 18. Если управляющее устройство 17 регистрирует внешний источник энергии на зарядном интерфейсе 18, то оно также вызывает замыкание обоих переключателей 25, 26.

Особенность показанного на фиг. 3А примера 30 выполнения заключается в том, что второй переключатель вспомогательной зарядной схемы 33 является диодом 36. Первый переключатель 35 может быть обычным электрически приводимым в действие переключателем или полупроводниковым переключателем, например, N-канальным MOS-FET-переключателем. Диод является пассивным переключателем и осуществляет запирание в направлении первой частичной сети 11.

Преимущество выполнения второго переключателя как диода 36 состоит в том, что посредством пассивных свойств переключения диода разряд накопителя 3 второй частичной сети 12 до напряжения ниже напряжения первой частичной сети 11 при замкнутом первом переключателе 35 не происходит. Однако аварийный режим, при котором первая частичная сеть 11 снабжается энергией из второй частичной сети 12, больше невозможен.

Фиг. 3В иллюстрирует вновь состояния переключения первого переключателя 35 и диода 36 для различных рабочих состояний.

Для активного разделения обеих бортовых сетей 11, 12 управляющий блок 17 размыкает переключатель 35, диод запирается. Кроме того, бортовые сети 11, 12 при замкнутом первом переключателе 35 могут разделяться пассивно. Это имеет место, когда напряжение в высоковольтной сети 12 больше, чем напряжение в низковольтной сети 11 (что является нормальным случаем). Если, однако, напряжение в частичной сети 12 спадает ниже напряжения частичной сети 11, диод 36 становится проводящим.

При заряженном накопителе 2 и разряженном накопителе 3 последний может вновь заряжаться посредством накопителя 2 или посредством внешнего заряда через внешний зарядный интерфейс 18. Для этого обе частичные сети 11, 12 через вспомогательную зарядную схему 23 связываются посредством замыкания переключателя 35. Разумеется, диод является проводящим, пока напряжение в частичной сети 12 не достигнет напряжения частичной сети 11.

В нормальном режиме бортовой сети 30 связь частичных сетей 11, 12 осуществляется через преобразователь напряжения. Переключатель 35 является поэтому разомкнутым, диод в запирающем состоянии. Выше уже было отмечено, что аварийный режим в этом примере выполнения не возможен.

Фиг. 4 показывает вариант примера выполнения по фиг. 3А, причем очередность включения первого переключателя 35 и диода 36 заменена на обратную. Кроме того, на фиг. 4 внешнее зарядное устройство 40 подключено к внешнему зарядному интерфейсу 18, например, постороннему транспортному средству, через кабель 41 для запуска от внешнего источника.

Фиг. 5 показывает диаграмму последовательности для иллюстрации работы бортовой сети по фиг. 4 с внешней поддержкой 40 запуска.

Управляющий блок деактивирует преобразователь 1 напряжения, если оно регистрирует, что внешнее зарядное устройство 40 подключено к зарядному интерфейсу 18, и затем замыкает переключатель 35 вспомогательной зарядной схемы 33. Это иллюстрируется кривой 53 состояния переключения, которая указывает, что переключатель 35 переключается из разомкнутого состояния 53а в замкнутое состояние 53b. Таким образом, в обеих частичных сетях 11, 12 приложен одинаковый потенциал (U1) 54.

За счет этого накопитель 3 энергии в частичной сети 12 заряжается, так что его напряжение 55 нарастает, что представлено участком 55а кривой. Это состояние системы на нижней диаграмме 51 последовательности обозначено как состояние 51 подзарядки. Состояние диода указано диаграммой 52 последовательности. В течение фазы 51а подзарядки диод является проводящим, см. участок 52а кривой.

Когда напряжение в частичной сети 12 достигает напряжения U1, диод автоматически переключается в запирающее состояние. По окончании подзарядки, может осуществляться запуск 51b двигателя посредством электрического стартера, например, посредством стартер-генератора 5, в частичной сети 12, которая снабжается энергией от заряженного теперь накопителя 3 энергии второй частичной сети. Процесс запуска обуславливает флуктуации 55b бортовой сети, так что диод 36 из-за спада напряжения 55b бортовой сети кратковременно становится проводящим (52b), пока напряжение в частичной сети 12 вновь не достигнет уровня (U1).

Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры выполнения, для специалиста очевидно, что могут выполняться различные изменения и могут применяться эквиваленты в качестве замены, без отклонения от объема изобретения. Дополнительно могут выполняться многие модификации, чтобы адаптировать определенную ситуацию или определенный материал к решению согласно изобретению, без отклонения от объема изобретения. Следовательно, изобретение не должно ограничиваться раскрытым определенным примером выполнения, а изобретение должно охватывать все примеры выполнения, которые попадают в объем приложенных пунктов формулы изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 преобразователь напряжения (DC/DC-преобразователь)

2, 3 накопитель энергии

4 нагрузочный резистор, потребитель

5 стартер-генератор

6, 7 точки массы частичных сетей

8 точка измерения напряжения

9 нагрузочный резистор, потребитель

10 бортовая сеть

11 частичная сеть низкого напряжения

12 частичная сеть высокого напряжения

13 вспомогательное зарядное устройство

14 резистор

15, 16 переключатель

17 управляющий блок

18 внешний зарядный интерфейс

19 сигнальные линии

20 бортовая сеть

23 вспомогательное зарядное устройство

25, 26 N-канальный MOS-FET

30 бортовая сеть

33 вспомогательное зарядное устройство

35 переключатель

36 диод

40 внешний источник энергии

41 кабель для запуска от внешнего источника

51 характеристика состояния системы

51а фаза подзарядки

51b фаза запуска двигателя

52 характеристика состояния диода

52а состояние диода во время фазы подзарядки

52b состояние диода во время запуска двигателя

53 состояние переключателя

53а переключатель разомкнут

53b переключатель замкнут

54 общий потенциал при соединении обеих частичных сетей

55 характеристика напряжения с частичной сетью высокого напряжения

55а характеристика напряжения во время фазы подзарядки

55b характеристика напряжения во время запуска двигателя.

Claims (19)

1. Бортовая сеть (10; 20; 30) для автомобиля, в частности для грузового автомобиля, содержащая:

первую частичную сеть (11), в которой приложено первое номинальное напряжение (U1), содержащую первый накопитель (2) энергии и первый нагрузочный резистор (4), образованный несколькими потребителями;

вторую частичную сеть (12), в которой приложено второе номинальное напряжение (U2), содержащую генератор (5) и второй накопитель (3) энергии,

отличающаяся тем, что первая и вторая частичная сеть (11, 12) связаны между собой через параллельное соединение из преобразователя (1) напряжения и вспомогательного зарядного устройства (13; 23; 33), причем вспомогательное зарядное устройство (13; 23; 33) включает в себя нерегулируемый элемент ограничения тока и по меньшей мере один включенный последовательно с ним первый переключатель (15; 25; 35), причем вспомогательное зарядное устройство содержит второй переключатель (16; 26; 36), который расположен последовательно с первым переключателем (15; 25; 35) и элементом ограничения тока.

2. Бортовая сеть (10; 20; 30) по п. 1, отличающаяся тем, что элемент ограничения тока является омическим резистором (14).

3. Бортовая сеть по п. 1, отличающаяся тем, что первый переключатель и второй переключатель выполнены как полупроводниковые переключатели с соответствующим параллельно включенным диодом, причем диод первого переключателя расположен встречно-последовательно к диоду второго переключателя.

4. Бортовая сеть (20) по п. 1, отличающаяся тем, что первый переключатель является N-канальным MOS-FET (25) и второй переключатель является N-канальным MOS-FET (26), включенным встречно-последовательно к первому N-канальному MOS-FET.

5. Бортовая сеть (30) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что второй переключатель выполнен как пассивный переключатель, предпочтительно диод (36), который расположен последовательно с первым переключателем (35) и элементом ограничения тока.

6. Бортовая сеть по п.1, отличающаяся тем, что первое номинальное напряжение (U1) меньше, чем второе номинальное напряжение (U2).

7. Бортовая сеть по п. 6, отличающаяся тем, что

(а) элемент ограничения тока по отношению к первой частичной сети (11) расположен перед первым переключателем и вторым переключателем; и/или

(b) первая частичная сеть (11) имеет внешний зарядный интерфейс (18).

8. Бортовая сеть по п.1, отличающаяся измерительным устройством (8, 9) для регистрации напряжения в первой частичной сети (11) и для регистрации напряжения во второй частичной сети (12), причем по меньшей мере один переключатель вспомогательного зарядного устройства замыкается, когда напряжение в частичной сети с более высоким номинальным напряжением спадает ниже заданного порогового значения или когда установлен сбой функционирования преобразователя (1) напряжения.

9. Бортовая сеть по п.1, отличающаяся тем,

(а) что генератор (5) является электрической машиной, которая выполнена с возможностью работы в режиме генератора или соответственно в режиме рекуперации и для запуска двигателя внутреннего сгорания грузового автомобиля; и/или

(b) что генератор (5) является стартером-генератором коленчатого вала; и/или

(с) что второй накопитель (3) энергии, предпочтительно накопитель на суперконденсаторе или литиево-ионный аккумулятор, выполнен таким образом, чтобы накапливать выработанный генератором (5) электрический заряд; и/или

(d) что преобразователь (1) напряжения двунаправленно связывает первую частичную сеть (11) со второй частичной сетью (12) и выполнен таким образом, чтобы в зависимости от состояния заряда первого накопителя (2) энергии и/или состояния заряда второго накопителя (3) энергии передавать энергию через преобразователь (1) напряжения между первой (11) и второй (12) частичной сетью.

10. Транспортное средство, в частности грузовой автомобиль, с бортовой сетью согласно любому из предыдущих пунктов.

Images