WO1999054952A1 - Device for supplying power in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a device for supplying power in a motor vehicle in which a battery (10) that can be charged by a generator (17) is used. According to the invention, the battery has at least one additional terminal (19) in addition to the common terminals (14) and (15). Said additional terminal is connected to a battery cell which is energized by a voltage. The voltage is lower than the nominal voltage of the battery. The control device of the vehicle, for example, is connected to the additional terminal (19).

Description

Vorrichtung zur Spannungsversorcmng in einem KraftfahrzeugDevice for voltage supply in a motor vehicle
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a device for supplying voltage in a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Die Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer Batterie, die von einem Generator aufgeladen wird. In modernen Kraftfahrzeugen mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern reicht eine Batterie zur Spannungsversorgung teilweise nicht mehr aus, so daß teilweise auch Fahrzeugbordnetze mit zwei Batterien ausgestattet werden. Ein solches Fahrzeugbordnetz ist beispielsweise aus der DE-OS 29 21 687 bekannt.The voltage supply in motor vehicles is usually carried out with the aid of a battery which is charged by a generator. In modern motor vehicles with a large number of electrical consumers, one battery is sometimes no longer sufficient for the voltage supply, so that vehicle electrical systems are sometimes also equipped with two batteries. Such a vehicle electrical system is known for example from DE-OS 29 21 687.
Bei diesem bekannten Fahrzeugbordnetz sind zwei an sich getrennte Batterien in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und durch einen Trenneinsatz elektrisch und chemisch voneinander isoliert. Aus dem Gehäuse sind ein gemeinsamer negativer Pol sowie zwei den beiden Batterien zugeordnete positive Pole herausgeführt. Der positive Pol der einen Batterie ist für den Startvorgang des Kraftfahrzeuges vorgesehen und wird mit dem Anlasser verbunden. An den zweiten positiven Pol werden die Langzeitverbraucher angeschlossen. Entladen die Langzeitverbraucher ihren Teil der Batterie bis an die Kapazitätsgrenze, bleibt die Starterbatterie davon unbetroffen, so daß sie normalerweise die für einen neuen Anlaßvorgang benötigte elektrische Energie liefern kann. Die Aufladung der beiden Batterien erfolgt gleichzeitig, da der positive Pol einer Batterie mit dem Generator verbunden ist und über eine Diode mit dem anderen positiven Pol, wobei die Diode so geschaltet ist, daß sie in Ladungsrichtung öffnet und in Entladungsrichtung sperr . Die Nennspannung der beiden Batterien muß bei einer solchen Verschaltung im wesentlichen gleich sein.In this known vehicle electrical system, two batteries which are separate per se are accommodated in a common housing and are electrically and chemically insulated from one another by a separating insert. A common negative pole and two positive poles assigned to the two batteries are led out of the housing. The positive pole one battery is provided for the starting process of the motor vehicle and is connected to the starter. The long-term consumers are connected to the second positive pole. If the long-term consumers discharge their part of the battery to the capacity limit, the starter battery remains unaffected, so that it can normally supply the electrical energy required for a new starting process. The two batteries are charged simultaneously since the positive pole of a battery is connected to the generator and via a diode to the other positive pole, the diode being switched so that it opens in the direction of charge and blocks in the direction of discharge. The nominal voltage of the two batteries must be essentially the same with such an interconnection.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie einerseits zur Versorgung der üblichen Bordnetzverbraucher geeignet ist und andererseits auch zur Versorgung von Verbrauchern, für die eine spezielle Spannungshöhe , die sich von der Bordnetzspannung unterscheidet, wünschenswert ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die eingesetzte Batterie prinzipiell gleich aufgebaut ist wie eine herkömmliche Batterie und der Generator, der zur Aufladung der Batterie eingesetzt wird, keine weitergehenden Regelmaßnahmen benötigt.The device according to the invention for the voltage supply in a motor vehicle with the features of claim 1 has the advantage that it is suitable on the one hand for supplying the usual electrical system consumers and on the other hand also for supplying consumers for whom a special voltage level that differs from the electrical system voltage is desirable is. It is particularly advantageous that the battery used is basically constructed in the same way as a conventional battery and the generator used to charge the battery does not require any further control measures.
Erzielt werden diese Vorteile, indem eine Batterie, die eine Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen mit je - 3 -These advantages are achieved by using a battery that has a large number of battery cells connected in series with each - 3 -
einem positiven und einem negativen Plattensatz aufweist, neben dem üblichen Minus- und Plusanschluß einen weiteren Plusanschluß aufweist, der von einer wählbaren Batteriezelle herausgeführt wird und eine Spannung aufweist, die der Anzahl der Zellen zwischen dem Minusanschluß und diesem Plusanschluß entspricht.has a positive and a negative plate set, in addition to the usual minus and plus connection has a further plus connection which is led out from a selectable battery cell and has a voltage which corresponds to the number of cells between the minus connection and this plus connection.
Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen beanspruchten Ausgestaltungen erzielt. Besonders vorteilhaft ist dabei der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsversorgung für das bzw. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, wobei in diesem Fall das Steuergerät direkt an den zweiten Batterieanschluß angeschlossen wird und dieser Anschluß an der Batterie an eine Batteriezelle derart erfolgt, daß gerade die für das Steuergerät benötigte VersorgungsSpannung von etwa 5 bis 6 V erhalten wird, wodurch die Verlustleistung, die bei herkömmlicher SpannungsVersorgung für das Steuergerät mit 12 V auftritt, weitestgehend reduziert wird. Ein Anschluß des Steuergerätes oder eines anderen Verbrauchers, der eine geringere VersorgungsSpannung benötigt, kann auch an eine noch näher beim Minuspol liegende Batteriezelle erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können auch mehrere zusätzliche Batterieanschlüsse mit unterschiedlichen Spannungen vorhanden sein.Further advantages of the invention are achieved with the help of the configurations claimed in the subclaims. The use of the device according to the invention for the voltage supply for the or a control unit of a motor vehicle is particularly advantageous, in which case the control unit is connected directly to the second battery connection and this connection to the battery is made to a battery cell in such a way that just the one for the Control unit required supply voltage of about 5 to 6 V is obtained, whereby the power loss that occurs with conventional voltage supply for the control unit with 12 V is largely reduced. The control device or another consumer that requires a lower supply voltage can also be connected to a battery cell that is even closer to the negative pole. In a further embodiment of the invention, several additional battery connections with different voltages can also be present.
Insgesamt läßt sich mit allen Ausführungsformen der Erfindung die Erzeugung unnötiger Verlustwärme verringern, da keine zusätzlichen Verlustleistungen bei derOverall, the generation of unnecessary heat loss can be reduced with all embodiments of the invention, since no additional power losses in the
Herunterregelung der Spannung auftreten. Damit können in vorteilhafter Weise Geräte, beispielsweise Steuergeräte - 4 -Down regulation of the voltage occur. Devices, for example control devices, can thus advantageously be used - 4 -
eingesetzt werden, bei deren Aufbau hinsichtlich der Beherrschung der Verlustleistung bzw. Verlustwärme keine Probleme auftreten, wodurch sich für die Steuergeräteentwicklung vereinfachte Randbedingungen ergeben. Somit können preiswerte Steuergeräte eingesetzt werden .are used in the construction of which no problems arise with regard to the control of the power loss or heat loss, which results in simplified boundary conditions for the control unit development. This means that inexpensive control units can be used.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
Beschreibungdescription
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigt 10 die Batterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen 11 umfaßt, die jeweils aus einer negativen Platte 12 und einer positiven Platte 13 bestehen. Die Batteriezellen 11 sind zueinander in Serie geschaltet. Der Minusanschluß 14 der Batterie 10 liegt auf Masse. An den Plusanschluß 15 werden die Verbraucher 16 angeschlossen. Bei diesen Verbrauchern 16 handelt es sich um die üblichen Bordnetzverbraucher. Geladen wird die Batterie 10 mit Hilfe eines Generators 17, dessen AusgangsSpannung UA mit Hilfe des Spannungsreglers 18 geregelt wird. Da der Generator 17 eine nicht dargestellte Gleichrichterbrücke umfaßt, ist die AusgangsSpannung UA des Generators eine Gleichspannung, die in einem 12 V-Bordnetz (Nennspannung) etwa 14 V beträgt. Die Zusammenschaltung von Generator,In Figure 1 an embodiment of the invention is shown schematically. 10 shows the battery, which comprises a plurality of battery cells 11, each consisting of a negative plate 12 and a positive plate 13. The battery cells 11 are connected to one another in series. The negative connection 14 of the battery 10 is grounded. The consumers 16 are connected to the positive connection 15. These consumers 16 are the usual electrical system consumers. The battery 10 is charged with the aid of a generator 17, the output voltage UA of which is regulated with the aid of the voltage regulator 18. Since the generator 17 comprises a rectifier bridge (not shown), the output voltage UA of the generator is a direct voltage which is approximately 14 V in a 12 V electrical system (nominal voltage). The interconnection of generator,
Spannungsregler und Verbraucher 16 kann in ihrer Reihenfolge gegenüber der in der Figur angegebenen vertauscht werden. Einer der Verbraucher 16 kann beispielsweise der Starter sein, der beim Anlassen der Brennkraftmaschine diese auf Startdrehzahl bringt .The voltage regulator and consumer 16 can be exchanged in their order compared to that indicated in the figure. One of the consumers 16 can be the starter, for example, which brings the internal combustion engine to the starting speed when it is started.
Die Batterie 10 weist einen zusätzlichen Anschluß 19 auf, der mit einer Batteriezelle bzw. mit der positiven Platte dieser Batteriezelle in Verbindung steht. An diesen Anschluß 19 werden die Verbraucher angeschlossen, die eine Spannung benötigen, die geringer ist als die Bordnetzspannung. Beispielsweise wird an den Anschluß 19 das bzw. einThe battery 10 has an additional connection 19 which is connected to a battery cell or to the positive plate of this battery cell. The consumers that require a voltage that is lower than the vehicle electrical system voltage are connected to this connection 19. For example, the or a connection 19
Steuergerät 20 der Brennkraftmaschine angeschlossen, das eine VersorgungsSpannung US<5 V benötigt. Wie hoch die Spannung US ist, hängt von der Nummer der Batteriezelle 11 ab, die mit dem Anschluß 19 in Verbindung steht. Bei üblichen 12 V-Bleibatterien sind 6 Zellen miteinander inControl unit 20 of the internal combustion engine connected, which requires a supply voltage US <5 V. How high the voltage US is depends on the number of the battery cell 11 which is connected to the connection 19. In conventional 12 V lead batteries, 6 cells are in with each other
Reihe geschaltet. Wird der Anschluß 19 mit der dritten Zelle verbunden, entsteht an diesem Anschluß die Spannung US=6V, die für eine Versorgung eines 5 V-Verbrauchers geeignet ist.Series connected. If the connection 19 is connected to the third cell, the voltage US = 6V arises at this connection, which is suitable for supplying a 5 V load.
Gegebenenfalls kann ein weiterer Anschluß 21 an einer anderen Zelle angeschlossen werden und zur Versorgung weiterer Verbraucher 22 dienen. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wäre die Spannung an diesem Anschluß =4V, bei einer Zellenspannung von 2 V. Die Zellen für die zusätzliche Versorgung kann physikalisch verschieden gestaltet bzw. an die Erfordernisse angepaßt sein.If necessary, a further connection 21 can be connected to another cell and serve to supply additional consumers 22. In the exemplary embodiment shown in the figure, the voltage at this connection would be = 4V, with a cell voltage of 2V. The cells for the additional supply can be physically different or adapted to the requirements.
Wird an den Anschluß 19 wie bereits erwähnt das Steuergerät der Brennkraftmaschine angeschlossen, das üblicherweise Elektronik-Komponenten mit VersorgungsSpannungen <5 V umfaßt, kann in dem im Steuergerät integrierten Spannungsregler, der im Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, die Herunterregelung von der hohen Spannung entfallen. Damit ergeben sich gegenüber Steuergeräten, die mit 12V versorgt werden, Einsparungen an Verlustleistungen von mehreren Watt. Wie Messungen gezeigt haben, werden üblicherweise nahezu 40 Watt Verlustleistung pro Steuergerät erhalten, 7/12 davon ist die Verlustleistung, die beim Herunterregeln von 12 V auf 5 V entsteht. Gerade diese Verlustleistung kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungsversorgung eingespart werden, dies führt zu einfacheren und kostengünstigeren Steuergeräten. If, as already mentioned, the control device of the internal combustion engine is connected to the connection 19, which usually comprises electronic components with supply voltages <5 V, it can be integrated in the control device Voltage regulator, which is not shown in the exemplary embodiment, eliminates the down-regulation of the high voltage. This results in savings in power losses of several watts compared to control units that are supplied with 12V. As measurements have shown, almost 40 watts of power loss are usually obtained per control unit, 7/12 of which is the power loss that arises when the voltage is reduced from 12 V to 5 V. It is precisely this power loss that can be saved with the device for voltage supply according to the invention, which leads to simpler and less expensive control devices.

Claims

- 7 -Ansprüche - 7 claims
1. Vorrichtung zur SpannungsVersorgung in einem Kraftfahrzeug, mit einer von einem Generator auf1. Device for voltage supply in a motor vehicle, with one from a generator
Bordnetzspannung ladbaren Batterie zur Versorgung der Bordnetzverbraucher, die eine Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen mit je einem positiven und einem negativen Plattensatz umfaßt, mit einem Minus- und mindestens zwei Plusanschlüssen, wobei der ersteOn-board electrical system voltage chargeable battery for supplying the on-board electrical system consumers, which comprises a plurality of battery cells connected in series, each with a positive and a negative plate set, with a minus and at least two plus connections, the first
Plusanschluß die Nennspannung der Batterie liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Plusanschluß (19) mit der positiven Platte (13c) der Batteriezelle (11c) verbunden ist, an der die für einen an dem zweiten Plusanschluß (19) anschließbaren weiteren Verbraucher (20) benötigte Spannung (US) liegt.The positive connection supplies the nominal voltage of the battery, characterized in that the second positive connection (19) is connected to the positive plate (13c) of the battery cell (11c), at which the further consumers (20) which can be connected to the second positive connection (19) required voltage (US) is.
2. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Verbraucher (20) das oder ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs oder Verbraucher sind, die eine geringerere Spannung als die Bordnetzspannung benötigen, wodurch die in diesen Verbrauchern entstehende Verlustleistung reduziert wird.2. Device for power supply according to claim 1, characterized in that the further consumers (20) or the control device of the motor vehicle or consumers that require a lower voltage than the vehicle electrical system voltage, thereby reducing the power loss generated in these consumers.
3. Vorrichtung zur SpannungsVersorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plusanschluß (19) mit der dritten Batteriezelle (11c) in Verbindung steht und die Spannung (US) gleich der halben Nennspannung der Batterie ist .3. Device for voltage supply according to claim 1 or 2, characterized in that the positive connection (19) with the third battery cell (11c) is connected and the Voltage (US) is half the nominal voltage of the battery.
4. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (10) eine Bleibatterie ist.4. Device for power supply according to one of the preceding claims, characterized in that the battery (10) is a lead battery.
5. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen für die zusätzliche Versorgung entsprechend physikalisch gestaltet bzw. angepaßt sind.5. Device for power supply according to one of the preceding claims, characterized in that the cells for the additional supply are physically designed or adapted accordingly.
6. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (10) einen weiteren Anschluß (21) aufweist, der mit einer anderen Batteriezelle als der Anschluß (19) in Verbindung steht und mit wenigstens einem weiteren Verbraucher (22) verbindbar ist.6. Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the battery (10) has a further connection (21) which is connected to a different battery cell than the connection (19) and with at least one further consumer (22nd ) is connectable.
7. Vorrichtung zur Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (17) mit Hilfe des Spannungsreglers (18) auf die Batterieladespannung (UA) geregelt wird und diese 12 bzw. 14 V oder ein ganzzahliges Vielfaches von der Zellenspannung beträgt. 7. Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the generator (17) with the aid of the voltage regulator (18) on the battery charging voltage (UA) is regulated and this is 12 or 14 V or an integer multiple of the cell voltage .
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