WO1998002333A1 - Vorrichtung zur spannungsversorgung in einem kraftfahrzeug - Google Patents

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Dieter Schramm
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem wenigstens ein Generator (10, 11) vorhanden ist, der eine drehzahlproportionale Ausgangsspannung liefern kann. Diese drehzahlproportionale Spannung wird in einem nachfolgenden Leistungssteuergerät mittels wenigstens einer gesteuerten Gleichrichterbrücke (17, 16) gleichgerichtet und über zugeordnete Spannungswandler (20, 21, 22, 23, 24) in mehrere Gleichspannungen unterschiedlicher Spannungshöhe gewandelt. Diese Gleichspannungen werden über Karosserie-Leistungs-Elektronikeinheiten (35) den einzelnen Bordnetzkomponenten zugeführt. Durch Wirkungsgrad optimierte Ansteuerung der gesteuerten Gleichrichterbrücken und zusätzliche Sicherheits- und/oder Notmaßnahmen wird die Funktionsfähigkeit und Leistungsfähigkeit der Spannungsversorgungseinheit gewährleistet.

Description

Vorrichtung zur SpannungsVersorgung in einem Kraftfah zeug
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Die Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen wurde bisher üblicherweise mit Hilfe einer einzigen, von einem Generator aufgeladenen Batterie durchgeführt . In modernen Kraftfahrzeugen mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern reicht eine Batterie zur Spannungsversorgung teilweise nicht mehr aus, so daß zwei getrennte Batterien verwendet werden, die üblicherweise zueinander parallel geschaltet sind. Damit sich die beiden Batterien nicht gegenseitig negativ beeinflussen und damit
Spannungseinbrüche, die während der Betätigung des Starters auftreten können, vom üblichen Bordnetz ferngehalten werden können, wird bei einer aus der DE-PS 41 38 943 bekannten
Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug mit zwei Batterien ein Lade-/Trennmodul zwischen die beiden Batterien geschaltet, das während des Startvorgangs die dem Starter zugeordnete Batterie vom übrigen Bordnetz abtrennt . Da die Nennspannung der dem Starter zugeordneten Batterie etwas geringer ist als die Nennspannung der Bordnetzbatterie wird sichergestellt, daß die Starterbatterie stets optimal geladen ist . In einer Ausgestaltung der bekannten Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug wird vorgeschlagen, zusätzlich einen Spannungswandler einzusetzen, beispielsweise einen Hochsetzsteller . Damit ist es möglich, als Starterbatterie eine Batterie einzusetzen, deren Nennspannung höher ist als die der Bordnetzbatterie. Die für die Ladung der Starterbatterie benötigte Ladespannung kann durch eine Spannungserhöhung aus der Bordnetzspannung gewonnen werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine besonders leistungsstarke und dennoch zuverlässige und sichere Spannungsversorgung für die Verbraucher eines Fahrzeugbordnetzes ermöglicht wird. Erzielt wird dieser
Vorteil, indem wenigstens ein Generator so betrieben wird, daß er eine drehzahlabhängige bzw. drehzahlunabhängige AusgangsSpannung liefert. Diese drehzahlabhängige AusgangsSpannung wird mit Hilfe einer Leistungselektronik an die Bordnetzerfordernisse angepaßt, wobei diese Anpassung so optimiert werden kann, daß die zu versorgenden Komponenten jeweils mit der für sie optimal angepaßten Spannung versorgt werden können. Über die Leistungselektronik läßt sich eine optimale Leistungsanpassung hinsichtlich einer maximalen Energieausbeute beim Generator durch Impedanzanpassung erzielen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt . Eine dieser vorteilhaften Maßnahmen besteht darin, die Anzahl der aktiven Generatorwindungen durch Wicklungsumschaltung zu verändern und damit eine zusätzliche Generatoranpassung zu erzielen. Bei einem Zweibatterienbordnetz mit Zwischenkreis und Versorgungskreis, die jeweils auf demselben Spannungsniveau liegen, können die Spannungen in vorteilhafter Weise im Leistungssteuergerät ohne Wandlung direkt, also ohne Verluste den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden, womit sich eine wirkungsgradoptimierte Verteilung erzielen läßt. Eine Verbraucher- und batterie- bzw. speicherspezifische Spannungsversorgung läßt sich in vorteilhafter Weise zur Realisierung neuer Funktionen einsetzen. Es ist damit eine Steigerung des Systemwirkungsgrades und eine Verbesserung bestehender Funktionen möglich. Zur Sicherung der Ladebilanz bzw. der Spannungsversorgung der wichtigsten Verbraucher, also der
Verbraucher, die für einen sicheren Start und einen Betrieb des Fahrzeuges unbedingt erforderlich sind, kann je nach Ladezustand der Speicher und der Leistungsanforderung der Verbraucher sowie gemäß den vorliegenden Betriebspunkten der Generatoren über ein Bordnetzmanagement eine vorteilhafte stromkreisabhängige Leistungsbereitstellung direkt im Leistungssteuergerät und/oder in der Karosserie-Leistungs- Elektronik an die Verbraucher erfolgen. Im Fehlerfall kann das Bordnetzmanagement in vorteilhafter Weise über eine integrierte Diagnose einen Ersatzbetrieb ermöglichen und die Wartung und Fehlersuche rationalisieren.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß für die Verteilung der elektrischen Energien, Spannungswandlung für kleine Leistungen, Versorgungsumschaltung von Komponenten und die verbrauchernahe Anordnung der Leistungsendstufen im Bordnetz sogenannte Karosserie-Leistungs-Elektronikeinheiten (KLE) eingesetzt werden, die zu einer Vereinfachung der Verkabelung führen. Zu einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Karrosserie-Leistungs-Elektronikeinheiten auch zu einer Einheit zusammengefaßt werden.
Eine garantierte Startsicherheit wird erzielt, indem eine der Batterien als Starterbatterie ausgebildet wird und durch das Bordnetzmanagement eine Ladung dieser Batterie mit höchster Priorität garantiert wird. Falls die zur Versorgung der Bordnetzverbraucher dienende Versorgungsbatterie zu tief entladen ist, muß die Starterbatterie während des Starts und in einer sich daran anschließenden Notlaufphase die Energie für sämtliche startrelevanten Komponenten zur Verfügung stellen. Der Anschluß erfolgt mit Hilfe einer Karosserie- Leistungs-Elektronikeinheit (KLE) , die mit doppelter Versorgung ausgerüstet ist .
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Besehreibung
In der Figur sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bestandteile eines Fahrzeugbordnetzes einschließlich des erfindungsgemäßen Bordnetzsteuergerätes dargestellt. Diese Bestandteile umfassen im einzelnen: Zwei Drehstromgeneratoren 10, 11, denen jeweils Wicklungsumschaltungen 12, 13 zugeordnet sind, deren Aufgabe bzw. Funktionsweise noch näher erläutert wird. Die Drehstromgeneratoren sind direkt mit dem
Leistungssteuergerät 14 verbunden. Ein Spannungsregler kann für die Generatoren 10 und 11 zusätzlich vorgesehen werden, wobei die beiden Generatoren 10, 11 auch ungeregelte, drehzahlabhängige bzw. drehzahlunabhängige AusgangsSpannungen U10, Uli liefern können. Da es sich bei den besagten Generatoren um Drehstromgeneratoren handelt, sind beide Generatoren über je drei Leitungen mit dem Leistungssteuergerät verbunden. Das Leistungssteuergerät 14 umfaßt ein als Bordnetzmanagement und Diagnose bezeichnete Baugruppe, beispielsweise einem Mikroprozessor, der den gesamten Funktionsablauf steuert, die jedoch auch teilweise oder komplett extern vorgesehen werden kann. Weiterhin umfaßt das Leistungssteuergerät 14 einen Mikroprozessor 15 für Bordnetz-Management und Diagnose, zwei gesteuerte
Dreiphasenbrücken 16, 17 sowie diesen zugeordneten Speicher, z. B. Kondensatoren 18, 19. Die gesteuerten Brücken 16, 17 sind mit den je drei Anschlüssen der beiden Drehstromgeneratoren 10, 11 verbunden. Sie richten die GeneratorausgangsSpannungen gleich und die gleichgerichteten Spannungen werden in den Kondensatoren 18, 19 bzw. kondensatorähnlichen Speicherelementen zwischengespeichert. Die Ansteuerung der Brücken 16, 17 erfolgt durch den Mikroprozessor für Bordnetzmanagement und Diagnose. Dieser Mikroprozessor kann auch die Kondensatoren 18, 19 ansteuern bzw. ihre Kapazität verändern oder Löschvorgänge auslösen.
In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Ansteuerverbindungen bzw. Informationspfade jeweils durch eine dünne Linie dargestellt. Energiepfade, über die VersorgungsSpannungen weitergeleitet werden, sind durch dicke Linien symbolisiert.
Neben den bereits erwähnten Bauteilen umfaßt das BordnetzSteuergerät 14 mehrere Gleichspannungswandler. Diese DC/DC-Wandler sind mit 20, 21, 22, 23 und 24 bezeichnet. Sie stehen untereinander über die dargestellten Energie- bzw. Informationspfade in Verbindung. Der Spannungswandler 20 erhält als EingangsSpannung die gleichgerichtete aber noch drehzahlunabhängige AusgangsSpannung U18 der Kondensatoren 18 und 19. Er liefert an seinem Ausgang eine Gleichspannung, deren Höhe so gewählt wird, daß die Batterie 25, die die übliche Bordnetzbatterie bzw. Versorgungsbatterie darstellt, optimal geladen wird. Die Höhe dieser Spannung UB1 kann an die Erfordernisse angepaßt werden, dazu wird beispielsweise mit Hilfe eines Temperatursensors 26 die Temperatur der Batterie 25 gemessen und die Ausgangsspannung des Spannungswandlers 20 in Abhängigkeit von dieser Temperatur eingestellt.
Die Spannungswandler 21 bis 24 weisen zwei Energieeingänge auf, über die zum einen die drehzahlabhängige, von den Kondensatoren 18, 19 gelieferte Spannung zugeführt wird, während am anderen Energieeingang die Spannung der Versorgungsbatterie 25 zugeführt wird. Die Auswahl der Gleichspannungswandlung bzw. ihre innere Verschaltung wird so gewählt, daß am Ausgang des Spannungswandlers 21 stets eine Spannung auftritt, die größer als 42 V ist. Am Ausgang des Spannungswandlers 22 liegen 42 V, am Ausgang des Spannungswandlers 23 12 V und am Ausgang des Spannungswandler 24 liegt die Spannung UB2, deren Höhe so wählbar ist, daß eine optimale Ladung der Batterie 27, also der Starterbatterie gewährleistet ist. Dazu wird die mit einem Temperatursensor 28 gemessene Temperatur der Batterie 27, die im übrigen zur Versorgung des Starters 29 dient, mitberücksichtigt .
Die an den Ausgängen der Spannungswandler 21 bis 24 liegenden Spannungen werden über entsprechende Ausgänge aus dem Leistungssteuergerät 14 ausgekoppelt und über geeignete Leistungselektronikbauteile den verschiedenen Bordnetzverbraucher zugeführt. Die Leistungselektronikelemente sind beim Ausführungsbeispiel in einer gesamten Baugruppe (KZE mit KLEs) aufgebaut, sie könnten auch aufgeteilt sein, z. B. kann in jeder der Ausgangsleitungen der Spannungswandler 21 bis 24 eine eigene Karosserie-Leistungs-Elektronikeinheit (KLE) vorhanden sein.
Die bisher noch nicht näher bezeichneten Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes sind Steuergeräte, deren Logik und Sensorik eine eigene Spannungsversorgung, z. B. 7 V erhält, start- und ersatzbetriebsrelevante Bauelemente 31, 12 V-Verbraucher 32, Hochleistungsverbraucher 33, die mit 42 V versorgt werden soll, dies ist beispielsweise eine Scheibenheizung und ein Ventil 35, beispielsweise Einspritzventile, die sehr hohe Dynamikanforderungen haben und mit einer Spannung von mehr als 42 V versorgt werden müssen.
Anstelle des Spannungswandlers 21, der an seinem Ausgang eine Spannung > 42 V liefert, kann auch ein Spannungswandler treten, der die an den Kondensatoren 18, 19 liegende drehzahlabhängige Spannung ohne Spannungswandlung durchschaltet, sofern diese Spannung größer ist als 42 V und die Spannung immer dann hochsetzt, wenn die an den Kondensatoren 18, 19 anliegende Spannung kleiner ist als 42 V.
Zur Verhinderung von Stromrückflüsεen können an verschiedenen Stellen der einzelnen Energiepfade Dioden eingesetzt werden, dies gilt insbesonders im Eingangsbereich der Spannungswandler 21 bis 24.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Doppelgeneratoren läßt sich auch ein
Spannungsversorgungssystem mit einem einzigen Generator aufbauen, in diesem Fall würden die mit 11, 13, 17 und 19 bezeichneten Bauelemente entfallen. Es ist auch möglich, einen herkömmlichen Generator mit Spannungsregler mit einem Generator mit drehzahlproportionaler Spannung zu kombinieren.
Bei den Drehstromgeneratoren 10 bzw. 11 sowie den zugehörigen Wicklungsumschaltungen 12, 13 und den speziellen Reglereingriffen handelt es sich um eine spezielle Generatorausgestaltung. Drehstromgeneratoren weisen üblicherweise neben der Erregerwicklung drei Ständerwicklungen auf, deren Wicklungsanzahl letztendlich die gelieferte AusgangsSpannung bestimmt. Die beim
Ausführungsbeispiel vorgeschlagenen Drehstromgeneratoren mit Wicklungsumschaltung ermöglichen es, unter bestimmten vorgebbaren Bedingungen die Zahl der tatsächlich genutzten Wicklungen durch Umschalten zu verändern. Solche Generatoren weisen Wicklungsanzapfungen auf, die umschaltbar sind, wobei die UmsehaltVorgänge vom Leistungssteuergerät über entsprechende Ansteuerleitungen ausgelöst werden. Eine Wicklungsumschaltung wird wie im folgenden noch näher erläutert wird, in Abhängigkeit von der Drehzahl des Generators sowie der Lastanpassung durchgeführt. Die
Drehzahl des Generators die bekanntermaßen proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors ist, ist maßgebliche Kenngröße für die vom Generator abgegebene Spannung. Zusätzlich kann die Impedanz des Generators, zur Leistungsanpassung mit der Wicklungsumschaltung stufenweise tariert werden.
Mit der in der Figur dargestellten Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug kann elektrische Energie für die verschiedensten Lasten im Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden. Es ist möglich, eine höhere mittlere Leistung zu erzeugen als bei herkömmlichen Spannungsversorgungen, die Pufferung der erhöhten Spitzenleistung sowie höhere Spannungen zur Realisierung ihrer Funktion sind darstellbar. Durch geeignete Umsehal maßnahmen von Start- und ersatzbetriebsrelevanten bzw. betriebsrelevanten Komponenten wird eine garantierte Startsicherheit erzielt, der startbedingte Spannungseinbruch kann durch Abkopplung der Verbraucher bzw. durch Ausregelung mit den DC/DC-Wandlern während des Startvorgangs vermieden werden. Es läßt sich eine optimierte Ladespannung für die Batterien erzeugen, damit sind unterschiedliche verbraucherspezifische Spannungen darstellbar und eine erweiterte Ausnutzung der Generatoren ist möglich.
Als Generator wird entweder ein Drehstromgenerator mit drehzahlproportionaler AusgangsSpannung eingesetzt oder es werden mehrere Generatoren verwendet, wobei dann z. B. einer eine drehzahlproportionale AusgangsSpannung liefert. Die Generatoren können an das Bordnetzsteuergerät 14 Gleichstrom oder Drehstrom liefern, je nach dem ob die Leistungselektronik für die Gleichrichtung, für die Wicklungsumschaltung und/oder Leistungsanpassung der Generatoren im Generator selbst oder im Leistungssteuergerät untergebracht sind. Der Generator wird weiterhin mit dem herkömmlichen Spannungsregler betrieben um einen zusätzlichen Stelleingriff im Teillastbetrieb des Generators zu haben. Wesentlich ist, daß der Generator im Vollastbetrieb den Erregerstrom nicht begrenzt, sondern die AusgangsSpannung drehzahlproportional ansteigt.
Die gegebenenfalls vorgenommenen Wicklungsumschaltungen erfolgen in groben Spannungsstufen mit dem Ziel einer maximalen und wirkungsgradoptimierten Ausnutzung der Generatoren. Diese Umschaltung erfolgt in einer Weise, bei der bei kleinen Drehzahlen die gesamte Wicklung bzw. in seriell geschaltete Wicklungen zur Spannungserzeugung ausgenutzt werden. Bei Erreichen einer vorgebbaren Drehzahlschwelle wird durch Umschalten zur Spannungserzeugung nur noch die restliche Wicklung verwendet. Mit dieser Vorgehensweise ist eine Generatorbzw. Wicklungsauslegung möglich, die beispielsweise bereits bei 2000 Umdrehungen zu einer hohen Generatorausgangsspannung führt . Nach der Wicklungsumschaltung ergibt sich bei gleicher Drehzahl eine wesentlich kleinere GeneratorausgangsSpannung, die mit steigender Drehzahl wieder linear ansteigt.
Beim Einsatz eines speziellen Generators könnte auch ein Umschalten der Wicklungen von Stern in Dreieckschaltung durchgeführt werden, wodurch eine gegenüber der Sternschaltung um einen Faktor ^3 höhere Spannung erhalten wird. In allen Fällen wird das gesamte Bordnetzmanagement mit Hilfe des Leistungssteuergerätes 14 durchgeführt. Es wird also auch die Wicklungsumschaltung vom
Bordnetzsteuergerät eingeleitet . Das Leistungssteuergerät steuert im übrigen auch die dem Generator nachgeschalteten Stelleinrichtungen für die Leistungsanpassung, also die gesteuerten Brücken 16, 17 in einer Weise, daß eine Leistungsanpassung hinsichtlich maximaler Energieausbeute beim Generator erfolg . Die gesteuerte Impedanzanpassung ermöglicht eine maximale Ausnutzung des Generators in Form einer Leistungsanpassung. Zur Leistungsanpassung wird dem Generator über die Leistungselektronik eine Belastung vorgegeben, die den gleichen Innenwiderstand wie der Generator aufweist .
Die Speicher 18 und 19 stellen einen Spannungszwischenkreis dar. Sie bilden einen Kurzzeitspeicher mit schneller Energieaufnahme und dienen zur Zwischenspeicherung. Der Zwischenkreis ist aus Effizienzgründen direkt an die Spannungswandler des Leistungssteuergeräts angeschlossen, die zur zusätzlichen Pufferung der Versorgung noch mit der Versorgungsbatterie 25 in Verbindung stehen. Hierdurch wird eine wirkungsgradreduzierende Kaskadierung von Spannungswandlern vermieden.
Die Starterbatterie 27 und die Versorgungsbatterie 25 können mit Temperatursensoren 26, 28 versehen werden, die die gemessenen Temperaturen an das Leistungssteuergerät 14 weiterleiten. Es ist dann eine Ladung der beiden Batterien mit optimaler temperaturabhängiger Spannung möglich. Bei der Optimierung des Ladevorgangs können nach Batterienart auch weitere und/oder andere Parameter berücksichtigt werden.
Der DC/DC-Spannungswandler 21, der die MindestSpannung von 42 V aus der Versorgungsbatterie erzeugen soll, kann auch so ausgelegt werden, daß er mindestens 42 V liefert, jedoch auf eine drehzahlproportional steigende Spannung umgeschaltet und/oder überlagert wird, sofern die an den Kondensatoren 18, 19 des Zwischenkreises entstehende Spannung 42 V überschreitet. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, drehzahlabhängige Lasten direkt ohne zusätzliche Verluste zu versorgen.
Die Ladungsspeieher, also die Batterien sind in ihrer Spannungshöhe so auszulegen, daß der Gesamtsystemwirkungsgrad möglichst hoch ist, daß also unter anderem eine minimale Anzahl an Spannungswandlungen erforderlich ist und Hochleistungslasten direkt aus den Speichern versorgt werden können. Es ist damit möglich, die Spannungswandler auf mittlere Leistungen auszulegen und nicht auf Spitzenleistungen.
Im Bordnetz befinden sich sogenannte Bordnetzkarosserie- Leistungs-Elektronikeinheiten KLE, die für die Verteilung der Versorgung in der Nähe der Verbraucher sorgen. Sie halten aus dem Steuergerät ausgelagerte Endstufen und sind mit einem Datennetz unter anderem mit der KZE Karosserie- Zentralelektronik und dem Leistungssteuergerät verbunden. Die Karosserie-Zentralelektronik und die Karosserie- Leistungs-Elektronikeinheiten KLE können auch als gemeinsame Leistungs-Elektronikeinheit KZE/KLE ausgestaltet sein, wie es im Ausführungsbeispiel aufgezeigt wird. Die KLE können auch zusätzlich Spannungswandler enthalten, z. B. zur Wandlung auf 7 V.
Mit der in der Figur dargestellten Spannungsversorgungsein- richtung läßt sich eine weitere Funktion realisieren, die eine Sicherstellung der Versorgung von Start- und ersatzbetriebsrelevanten Komponenten 30, 31 bei entladener Versorgungsspannung gewährleisten. Dazu sind die Leistungs- Elektronikeinheiten, die zur Versorgung der start- und ersatzbetriebsrelevanten Komponenten 30, 31 dienen, mit den Spannungswandlern 23 und 24 verbindbar, wobei die Auswahl der optimalen Verbindung vom Leistungssteuergerät 14 getroffen wird. Eine Alternative wäre die Versorgung und Umschaltung des Startkreises nur mit dem Leistungssteuergerät oder nur mit der KLE. Ist die Versorgungsbatterie weitgehend entladen, kann die Spannungsversorgung aus der Startbatterie erfolgen. Während des Startvorgangs selbst wird die Startbatterie 27 entweder nur für den Starter benutzt und nicht zur Versorgung verwendet, um einen Spannungseinbruch zu vermeiden oder es werden weitere interne Spannungswandler eingesetzt, die den Spannungseinbruch kompensieren. Für die 5 V-Logik und Sensorik 30 und die sicherheits- und/oder betriebsrelevanten Elemente kann eine 7 V-Spannung durch einen weiteren Wandler im KZE/KLE bereitgestellt werden.
Das Leistungssteuergerät und die Karosserie-Leiεtungs- Elektronikeinheiten können in beliebiger Form aufgebaut sein, beispielsweise als Logik ASIC's, Mikroprozessoren und/oder ähnlichem. Weitere Zusatzfunktionen sind möglich. Das Datennetz kann auch mit anderen Datennetzen, beispielsweise mit dem Steuergerät des Motors gekoppelt sein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Generator, der mit einem Bordnetzsteuergerät in Verbindung steht, das eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist, über die wenigstens zwei Batterien und die elektrischen Verbraucher verbindbar sind und wobei eine der Batterien dem Starter zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Generator ungeregelt betrieben werden kann und eine drehzahlabhängige
AusgangsSpannung abgibt, die einer Leistungselektronik zugeführt wird und dort gleichgerichtet wird, wobei die Ansteuerung der Leistungselektronik vom Bordnetzsteuergerät durchgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronik eine gesteuerte Gleichrichterbrücke pro Generator umfaßt, der ein Spannungszwischenkreis nachgeschaltet ist und sich die gesteuerte Gleichrichterbrücke und der
Spannungszwischenkreis im Leistungssteuergerät (14) befinden.
3. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine gesteuerte Gleichrichterbrücke pro Generator sowie der nachfolgende Spannungszwischenkreis Bestandteil wenigstens eines Generators sind.
4. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Generator ein Dreiphasendrehstromgenerator ist, dessen Ständerwicklungen umschaltbar sind, wodurch sich die zur Spannungserzeugung benutzte Wicklungslänge verändert, bzw. die Spannung der Wicklungen addieren und die Wicklungsumschaltung vom Bordnetzsteuergerät (14) durchgeführt wird.
5. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsumschaltung in
Abhängigkeit von der Generatordrehzahl bzw. der Leistungsanpassung erfolgt, wobei zwischen der Minimaldrehzahl und der Maximaldrehzahl wenigstens eine Wicklungsumschaltung bei einer vorgebbaren Drehzahl erfolgt.
6. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bordnetzsteuergerät eine Anzahl von Spannungswandlern umfaßt, die zueinander parallel liegen und unterschiedliche AusgangsSpannungen liefern, die über eine
Leistungselektronikeinheit weiterverteilt werden.
7. Vorrichtung zur Spannungsregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Spannungswandler ein weiterer Spannungswandler vorgeschaltet ist, der direkt mit der Versorgungsbatterie (25) in Verbindung steht .
8. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Batterien (25, 27) Temperatursensoren (26, 28) zugeordnet sind, die mit dem Leistungssteuergerät (14) in Verbindung stehen, das die den Batterien zuführbare Ladespannung in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen regelt.
9. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verbraucher, die Start- und/oder betriebsrelevant sind, über Umschaltmittel mit beiden Batterien (25, 27) verbindbar sind, wobei die Verbindung mit der Batterie (27) , die zur Versorgung des Starters (29) dient, nur dann erfolgt, wenn die andere Batterie (25) einen schlechten Ladezustand aufweist .
10. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (27) , die dem Starter (29) zugeordnet ist, mit höchster Priorität geladen wird, wobei die erforderlichen Umschaltungen vom Leistungssteuergerät (14) ausgelöst werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19953373A1 (de) * 1999-11-06 2001-06-13 Audi Ag Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19754964A1 (de) * 1997-12-11 1999-06-17 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung zur Energieversorgung eines Kraftfahrzeuges
US6367022B1 (en) * 1999-07-14 2002-04-02 Visteon Global Technologies, Inc. Power management fault strategy for automotive multimedia system
US6393573B1 (en) * 1999-07-14 2002-05-21 Visteon Global Technologies, Inc. Power management for automotive multimedia system
DE19944833A1 (de) * 1999-09-18 2001-03-22 Bosch Gmbh Robert Mehrspannungsbordnetz
DE19958098C2 (de) * 1999-12-02 2003-04-10 Trw Automotive Electron & Comp Stromversorgung für Fahrzeuge
JP3676184B2 (ja) * 2000-04-13 2005-07-27 矢崎総業株式会社 車両用電源装置
JP2002034122A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Sumitomo Wiring Syst Ltd 高電圧用電気接続箱
JP2002034132A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Sumitomo Wiring Syst Ltd 高電圧用電気接続箱
US6455951B1 (en) * 2000-08-16 2002-09-24 Yazaki North America, Inc. Auto charger for system including a high voltage supply and a low voltage supply
DE10047287A1 (de) * 2000-09-20 2002-04-04 Bosch Gmbh Robert Anordnung und Verfahren zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen mit einem Wechselstromgenerator
DE10203033A1 (de) * 2002-01-26 2003-07-31 Ballard Power Systems Gleichstrom-Gleichstrom-Wandleranordnung für die Erzeugung mehrerer Ausgangsgleichspannungen
US7614381B2 (en) * 2003-03-28 2009-11-10 Caterpillar Inc. Power system with an integrated lubrication circuit
US6985799B2 (en) * 2003-05-13 2006-01-10 Bae Systems Controls, Inc. Energy storage modules and management system
US8013611B2 (en) * 2006-07-14 2011-09-06 Reserve Power Cell, Llc Vehicle battery product and battery monitoring system
US7567057B2 (en) * 2003-08-11 2009-07-28 Reserve Power Cell, Llc Multiple battery management system, auxiliary battery attachment system, and network controlled multiple battery system
US7339347B2 (en) * 2003-08-11 2008-03-04 Reserve Power Cell, Llc Apparatus and method for reliably supplying electrical energy to an electrical system
JP2006211762A (ja) * 2005-01-26 2006-08-10 Sharp Corp レギュレータ及びこれを備えた電子機器
US7598700B2 (en) * 2005-03-30 2009-10-06 Reserve Power Cell, Llc Tamper resistant battery and battery warranty and performance tracking system
DE102005020031A1 (de) * 2005-04-29 2006-11-09 ICEMASTER GmbH Generatoren und Kältetechnik Stromversorgungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
US7612514B2 (en) * 2006-11-09 2009-11-03 Honeywell International Inc. Architecture and a multiple function power converter for aircraft
JP4380772B2 (ja) * 2007-10-16 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 電源装置およびそれを備えた車両、電源装置の制御方法、ならびにその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体
US8295950B1 (en) 2008-07-02 2012-10-23 Jerry Lee Wordsworth Intelligent power management system
JP5110110B2 (ja) 2010-03-18 2012-12-26 株式会社デンソー 車両用電源装置
DE102010043511A1 (de) 2010-11-05 2012-05-10 Kässbohrer Geländefahrzeug AG Pistenraupe
FR2973601B1 (fr) * 2011-03-29 2013-05-10 Peugeot Citroen Automobiles Sa Circuit electrique destine a equiper un vehicule automobile et permettant d'alimenter un reseau de bord sensible
EP2628944A1 (de) 2012-02-20 2013-08-21 Flextronics International Kft. Vorrichtung zur Spannungseinbruch-Stabilisierung in einem Kraftfahrzeug
DE102013111179A1 (de) * 2013-10-09 2015-04-09 Pilz Gmbh. & Co. Kg Modulare Steuervorrichtung mit Lastüberwachung
FR3019217B1 (fr) * 2014-03-27 2018-07-27 Safran Helicopter Engines Procede et systeme de reactivation rapide de turbomachine
WO2016065119A1 (en) * 2014-10-22 2016-04-28 General Electric Company System and method for motor system control
DE102015208542A1 (de) * 2015-05-07 2016-09-08 Continental Automotive Gmbh Versorgungseinrichtung für ein Bordnetz und Bordnetz mit Versorgungseinrichtung
DE102015117766A1 (de) * 2015-10-19 2017-04-20 Auto-Kabel Management Gmbh Bordnetzsystem für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug mit einem solchen Bordnetzsystem
DE102016103829A1 (de) * 2016-03-03 2017-09-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energieversorgungseinheit und Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug
JP6540565B2 (ja) * 2016-03-16 2019-07-10 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用電源供給システム、車両用駆動システム
EP3258592A1 (de) * 2016-06-17 2017-12-20 ABB Schweiz AG Stromversorgungssystem
DE102016225107A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektromaschinen-anordnung
DE102017213410A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung des Leistungsbezugs einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern in einem Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4138943C1 (de) * 1991-11-27 1993-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
US5321231A (en) * 1992-01-24 1994-06-14 General Motors Corporation System for supplying power to an electrically heated catalyst

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4138943C1 (de) * 1991-11-27 1993-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
US5321231A (en) * 1992-01-24 1994-06-14 General Motors Corporation System for supplying power to an electrically heated catalyst

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19953373A1 (de) * 1999-11-06 2001-06-13 Audi Ag Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug
DE19953373B4 (de) * 1999-11-06 2004-07-15 Audi Ag Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11514838A (ja) 1999-12-14
DE19628223A1 (de) 1998-01-22
US5907194A (en) 1999-05-25
EP0869882B1 (de) 2002-10-30
DE59708622D1 (de) 2002-12-05
ES2185934T3 (es) 2003-05-01
JP3919821B2 (ja) 2007-05-30
EP0869882A1 (de) 1998-10-14

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