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DE10231089A1 - Device for selecting power supply in on-board electrical system has first, second energy sources connected to load via diode arrangements configured with greater voltage drop across second than first - Google Patents

Device for selecting power supply in on-board electrical system has first, second energy sources connected to load via diode arrangements configured with greater voltage drop across second than first Download PDF

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DE10231089A1
DE10231089A1 DE2002131089 DE10231089A DE10231089A1 DE 10231089 A1 DE10231089 A1 DE 10231089A1 DE 2002131089 DE2002131089 DE 2002131089 DE 10231089 A DE10231089 A DE 10231089A DE 10231089 A1 DE10231089 A1 DE 10231089A1
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DE
Germany
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diode
voltage drop
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energy sources
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Inventor
Oliver Luz
Diethard Loehr
Christoph Wenger
Clemens Schmucker
Michael Fehrenbach
Matthias Schneider
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

The device has first and second energy sources (1,2) connected to one of the loads (12,13) via first and second diode arrangements (3,4) that are configured so that the voltage drop across the second diode arrangement is greater than across the first diode arrangement. The second diode arrangement (4) has at least two diodes (15,16) and the diodes are identical.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem elektrischen Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a switching device for Selection of one of several energy sources in one electrical Vehicle electrical system according to the generic term of Claim 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.Due to the increasing equipment of vehicles with safety-relevant electrical consumers, such as. ECUs for one ASR (traction control), electro-hydraulic brakes etc., becomes stability and in particular the reliability of electrical vehicle electrical systems is becoming increasingly important.

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.In addition to a main energy source (main battery), modern on-board electrical systems therefore include a redundant energy source (auxiliary or backup battery) which can be switched on when the main battery is weak or inoperative, in order to continue to supply, in particular, safety-relevant consumers. A switching device known from the prior art, with which between a main battery 1 and a backup battery 2 can be selected as an energy source is in 1 shown.

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. 1 shows a schematic view of an electrical system with multiple consumers 12 . 13 which can be taken from the main battery 1 or the backup battery 2 can be supplied with electrical energy. The electrical consumers are in two groups 12 . 13 split, the group of consumers 13 essentially non-safety-related comfort consumers, and the group 12 includes safety-relevant consumers, such as certain control devices or safety technology. The comfort consumer 13 are directly connected to the main battery 1 , and consumers 12 indirectly via a switching device 17 with the main battery 1 connected.

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.During normal operation (the main battery 1 is essentially fully capable) will be both the comfort consumer 13 as well as security-relevant consumers 12 from the main battery 1 provided. When the main battery is weak or not working 1 (Emergency operation) switches the switching device 17 the switch 5 in the other position, so that the safety-relevant consumer 12 from the backup battery 2 be supplied with energy. The comfort consumer 13 are no longer supplied with energy in this state.

Die Schaltvorrichtung 17 umfaßt im wesentlichen einen Komparator 7, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Netzspannung UN 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.The switching device 17 essentially comprises a comparator 7 , which generates an output signal when the mains voltage U N falls below a predetermined threshold. The switching threshold of the comparator 7 is in a known manner by means of a voltage divider 8th . 9 and a resistor zener diode arrangement 10 . 11 at the reference input of the comparator 7 set.

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.When an output signal is output, a bistable memory element becomes 6 that set the switch 5 switches to the other position. After replacing or charging the main battery 1 becomes the storage element 6 from a microcontroller 18 reset.

Bekannte Schalvorrichtungen, wie die dargestellte, sind relativ kompliziert aufgebaut und somit relativ teuer.Known formwork devices, such as those shown are of a relatively complicated structure and are therefore relatively expensive.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wesentlich einfachere Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen zu schaffen.It is therefore the object of the present invention a much simpler device for selecting one of several To create energy sources.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Other configurations the invention are the subject of dependent claims.

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.The main idea of the invention is complete to dispense with a switching device with an active switch and instead a selector propose a first energy source via a first diode arrangement with one consumer, and a second energy source over one second diode arrangement is connected to the consumer, wherein the diode arrangements are designed such that the voltage drop across the second diode array is larger than the one over the first diode array. Such an implementation enables the Supplying consumers from different energy sources without Use of active switches.

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.In a vehicle electrical system there is a first one Group of consumers (comfort consumers), preferably directly, and a second group of consumers (security-relevant consumers) indirectly via the first diode arrangement is connected to the first energy source. The safety-relevant consumers are via the second diode arrangement connected to the second energy source and are without switching, i.e. automatically, powered by the second energy source when the Voltage of the first energy source below a predetermined threshold sinks.

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.According to a preferred embodiment of the Invention includes the second diode arrangement has at least two diodes. The diodes of the The first and second diode arrangement are preferably constructed identically. So you can the selector in a simple way without additional Components such as resistors, realize.

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.The diode arrangements are preferably implemented in such a way that the difference between the voltage drop across the first diode arrangement and that across the second diode arrangement has a value which corresponds to a reduction in the state of charge of the first energy source by at least 50%. It is thereby achieved that in the event of a power drop in the first energy source by more than 50% of the security-relevant consumers are essentially supplied by the second energy source.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below the attached Exemplary drawings closer explained. Show it:

1 eine Schaltvorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem Bordnetz gemäß dem Stand der Technik; 1 a switching device for selecting one of several energy sources in an electrical system according to the prior art;

2 eine Vorrichtung zur Auswahl einer von mehreren Energiequellen in einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 2 a device for selecting one of several energy sources in an electrical system according to an embodiment of the invention; and

3 den Ladezustand einer Batterie in Abhängigkeit von der Batteriespannung. 3 the state of charge of a battery depending on the battery voltage.

Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.Regarding the explanation of 1 reference is made to the introduction to the description.

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). 2 shows an electrical system with a device 17 to select the energy supply between different energy sources, in the present case between a first battery 1 (Main battery) and a second battery 2 (Backup battery).

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.A first group of consumers who are here as a consumer 13 are shown is directly on the main battery 1 connected while the other group of consumers 12 via the selection device 17 with the batteries 1 . 2 connected is. The first group of consumers 13 it is essentially comfort consumers, such as seat heating, air conditioning, radio, etc., which are not safety-relevant, whereas the second group of consumers 12 especially includes safety-relevant consumers, such as control devices or electrohydraulic brakes, even with a weak or non-functional main battery 1 have to be supplied with energy.

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.The selector 17 comprises a first diode arrangement 3 with a diode 14 and a second diode array 4 with two diodes 15 . 16 , The diodes are arranged so that the batteries 1 . 2 are decoupled from each other.

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.The one in the second diode array 4 provided additional diode 16 causes an additional voltage drop of about 0.7 V compared to the voltage drop across the first diode array 3 , Are both batteries 1 . 2 fully charged and deliver both batteries 1 . 2 about the same voltage (12.5 V), so the safety-relevant consumers 12 essentially exclusively from the main battery 1 supplied with energy because the main battery at connection node M1 supplies a higher voltage. However, the voltage of the battery drops 1 by more than 0.7 V, the voltage supply to the safety-relevant consumers is automatically switched off 12 from the second battery 2 taken over as the second battery 2 can deliver a higher voltage at node M1 than the first battery 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.As mentioned, the threshold is from which the energy supply from the first battery 1 on the second battery 2 toggles through that in the second diode array 4 provided additional diode 16 specified, which has a forward voltage of about 0.7 V in the present example. Of course, any other switching threshold can also be chosen by appropriate dimensioning of the diode arrangements 3 . 4 , such as by selecting different types of diodes or possibly also by inserting resistors.

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. 3 shows a typical course of the state of charge of a battery as a function of the battery voltage. A voltage drop of 0.7 V corresponds, as can be seen, to a reduction in the state of charge by 70%. Should the backup battery 2 For example, if the state of charge of the main battery is reduced by 50%, the second diode arrangement must be used 4 be dimensioned such that compared to the first diode arrangement 3 an additional voltage drop of 0.4 V occurs.

11
Hauptbatteriemain battery
22
Stützbatteriebackup battery
33
Erste DiodenanordnungFirst diode array
44
Zweite DiodenanordnungSecond diode array
55
Schalterswitch
66
Registerregister
77
Komparatorcomparator
88th
Widerstandresistance
99
Widerstandresistance
1010
Widerstandresistance
1111
ZenerdiodeZener diode
1212
Sicherheitsrelevante Verbrauchersafety related consumer
1313
Komfortverbrauchercomfort consumers
14–1614-16
Diodendiodes
1717
Auswählvorrichtungselector
1818
Mikrocontrollermicrocontroller

Claims (4)

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).Device for selecting one of several energy sources ( 1 . 2 ) in an electrical system with multiple consumers ( 12 . 13 ), characterized in that a first energy source ( 1 ) via a first diode arrangement ( 3 ) with one of the consumers ( 12 ), and a second energy source ( 2 ) via a second diode arrangement ( 4 ) with the consumer ( 12 ) is connected, the diode arrangements ( 3 . 4 ) are designed so that the voltage drop across the second diode array ( 4 ) is greater than the voltage drop across the first diode arrangement ( 3 ). Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diodenanordnung (4) wenigstens zwei Dioden (15, 16) umfaßt.Switching device according to claim 1, characterized characterized in that the second diode arrangement ( 4 ) at least two diodes ( 15 . 16 ) includes. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (14, 15, 16) identisch sind.Switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the diodes ( 14 . 15 . 16 ) are identical. 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.Switching device according to one of the preceding claims, characterized in that the diode arrangements ( 3 . 4 ) are designed so that the difference in voltage drops across the diode arrays ( 3 . 4 ) has at least one value that reduces the state of charge of the first energy source ( 1 ) corresponds to at least 50%.
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