DE10020302A1

DE10020302A1 - Motor vehicle electrical system for electricity peak consumers

Info

Publication number: DE10020302A1
Application number: DE10020302A
Authority: DE
Inventors: Andreas Luebke; Friedrich Stock; Bernd Rech; Dieter Van Gerpen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2001-10-25

Abstract

The system has a generator, at least one battery and at least one current peak load (6,7) with an associated local short-term energy storage device in the form of a capacitor (8,9) . The current peak load can be arranged in a safety-relevant sub-circuit (10) connected to the remainder of the vehicle electrical system via a decoupling circuit (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz für Strompeak-Verbraucher.The invention relates to a motor vehicle electrical system for electricity peak consumers.

In Zukunft werden verstärkt hydraulische und mechanische Systeme wie Bremse und Lenkung durch elektromechanische Lösungen ersetzt. Wegen der hohen Anforderungen an die Dynamik müssen die eingesetzten Elektromotoren schnell losgebrochen und beschleunigt werden. Dafür werden sehr hohe Peakströme benötigt, die anschließend auf eine deutlich geringere Grundlast abfallen. Durch zusätzliche Regelungsmaßnahmen wie ABS wird dieses Problem weiter verschärft, da dann gegebenenfalls innerhalb kürzester Zeit mehrere Peaks benötigt werden, um schnell die Drehrichtung der Elektromotoren zu ändern.In the future, hydraulic and mechanical systems such as Brakes and steering replaced by electromechanical solutions. Because of the The dynamic requirements must be high Electric motors can be broken loose and accelerated quickly. For that be very high peak currents are required, which subsequently lead to a significantly lower Base load drop. Through additional regulatory measures like ABS this problem is further exacerbated, since it may then be within a short time Time multiple peaks are needed to quickly change the direction of rotation Change electric motors.

Dabei stellt sich das Problem, dass die vorhandenen Energiequellen bzw. -speicher diese Aufgabe nur unzureichend erfüllen können. Der Dynamik des Generators sind durch die Forderung, Schläge auf die Kurbelwelle zu vermeiden, Grenzen gesetzt. Die Batterie ist zwar prinzipiell in der Lage, diese Peakströme zu liefern, jedoch verkürzen derartige Peakströme die Lebensdauer der Batterie.The problem arises that the existing energy sources or memory can only insufficiently fulfill this task. The dynamic of the Generators are subject to blows to the crankshaft avoid setting limits. The battery is in principle able to do this To deliver peak currents, however, such peak currents shorten the Battery life.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeugbordnetz für Strompeak-Verbraucher zu schaffen, das bei hoher Dynamik die zuvor beschriebenen Probleme vermeidet.The invention is therefore based on the technical problem Motor vehicle electrical system for electricity peak consumers to create that at high Dynamic avoids the problems described above.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subject the features of claim 1. Further advantageous refinements the invention emerge from the subclaims.

Hierzu wird den Strompeak-Verbrauchern ein lokaler Kurzzeit-Energiespeicher zugeordnet. Das Speichervermögen des lokalen Kurzzeit-Energiespeichers wird dabei derart dimensioniert, dass dieser den oder die am Verbraucher auftretenden Peaks mit hoher Dynamik liefern kann und anschließend in der Grundlastphase wieder aufgeladen werden kann. Aufgrund der lokalen Zuordnung werden darüber hinaus die Verluste auf den Zuleitungen vermieden, die bei diesen großen Stromstärken nicht zu vernachlässigen sind.For this purpose, the electricity peak consumers will have a local short-term energy storage assigned. The storage capacity of the local short-term energy storage is dimensioned in such a way that this or the consumer can deliver occurring peaks with high dynamics and then in the Base load phase can be recharged. Because of the local The losses on the supply lines are also assigned avoided, which are not to be neglected at these large currents.

Vorzugsweise ist der lokale Kurzzeit-Energiespeicher als Kondensator ausgebildet.The local short-term energy store is preferably a capacitor educated.

Das erfindungsgemäße Grundprinzip lässt sich auch auf sicherheitsrelevante Strompeak-Verbraucher anwenden, die in einem beispielsweise über einem DC/DC-Wandler entkoppelten Teilbordnetz angeordnet sind.The basic principle according to the invention can also be applied to safety-relevant ones Apply current peak consumers in one, for example, over one DC / DC converter decoupled sub-electrical system are arranged.

Zur Verringerung der Dynamikanforderungen an den DC/DC-Wandler wird in einer bevorzugten Ausführungsform in dem Teilbordnetz eine Notbatterie angeordnet, die einerseits bei Defekt des DC/DC-Wandlers oder des Kraftfahrzeugbordnetzes die Grundlastversorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher und die andererseits kurzzeitig durch DC/DC-Wandler und Kurzzeit-Energiespeicher nicht abgedeckte Energiebeträge übernimmt.To reduce the dynamic requirements on the DC / DC converter, in a preferred embodiment in the sub-electrical system, an emergency battery arranged, on the one hand if the DC / DC converter or the Motor vehicle electrical system the base load supply of the safety-relevant Consumers and on the other hand briefly by DC / DC converters and Short-term energy storage takes over uncovered amounts of energy.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:The invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail. The figure shows:

Fig. 1 eine beispielhaften Stromverlauf an einem Strompeak- Verbraucher, Fig. 1 shows an exemplary current waveform in a Strompeak- consumer,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugbordnetzes mit Kurzzeit- Energiespeichern und Fig. 2 is a block diagram of a motor vehicle electrical system with short-term energy storage and

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugbordnetzes mit Kurzzeit- Energiespeichern in einem Teilbordnetz mit sicherheitsrelevanten Verbrauchern. Fig. 3 is a block diagram of a motor vehicle electrical system with short-term energy storage in a sub-electrical system with safety-relevant consumers.

In der Fig. 1 ist ein beispielhafter Stromverlauf 1 an einem Strompeak- Verbraucher wie beispielsweise einem Radaktuator einer elektromechanischen Bremsanlage dargestellt, so dass trotz der hohen Leistungen nur eine verhältnismäßig geringe Energie benötigt wird. Bevor der Verlauf in Fig. 1 weiter erläutert wird, soll zunächst das Kraftfahrzeugbordnetz 2 erläutert werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.In FIG. 1, an exemplary current profile 1 is shown on a consumer Strompeak- such as a wheel actuator of an electromechanical brake system, so that, despite the high performance only requires a relatively small energy. Before the course is further explained in FIG. 1, the motor vehicle electrical system 2 should first be explained, as shown in FIG. 2.

Das Kraftfahrzeugbordnetz 2 umfasst eine Batterie 3, einen Generator 4, Bordnetzverbraucher 5, Strompeak-Verbraucher 6, 7 sowie jeweils lokal den Strompeak-Verbrauchern 6, 7 zugeordnete Kurzzeit-Energiespeicher 8, 9, die als Kondensatoren ausgebildet sind. Wird nun einer der Strompeak- Verbraucher 6, 7 aktiviert, so wird der Peakstrom durch den zugeordneten Kondensator 8, 9 geliefert. Die anschließende Grundlast einschließlich der Wiederaufladung der Kondensatoren 8, 9 erfolgt dann über die Batterie 3 und den Generator 4. Dies ist anschaulich anhand der unterschiedlichen Schraffuren in Fig. 1 dargestellt, d. h. die gesamte Dynamik der Energieversorgung wird durch die Kondensatoren 8, 9 zur Verfügung gestellt, so dass weitere Modifikationen am Kraftfahrzeugbordnetz entbehrlich sind.The motor vehicle electrical system 2 comprises a battery 3 , a generator 4 , vehicle electrical system consumers 5 , power peak consumers 6 , 7 and short-term energy stores 8 , 9 assigned locally to the power peak consumers 6 , 7 , which are designed as capacitors. If one of the current peak consumers 6 , 7 is now activated, the peak current is supplied by the associated capacitor 8 , 9 . The subsequent base load including the recharging of the capacitors 8 , 9 then takes place via the battery 3 and the generator 4 . This is illustrated by the different hatches in FIG. 1, ie the entire dynamic of the energy supply is made available by the capacitors 8 , 9 , so that further modifications to the vehicle electrical system are not necessary.

In Fig. 3 ist eine erweiterte Ausführungsform dargestellt. Dabei sind die Strompeak-Verbraucher 6, 7 als sicherheitsrelevante Verbraucher in einem Teilbordnetz 10 angeordnet, das über einen DC/DC-Wandler 11 vom übrigen Kraftfahrzeugbordnetz entkoppelt ist. Des weiteren ist dem Teilbordnetz 10 eine Notbatterie 12 zugeordnet. Der DC/DC-Wandler 11 stellt trotz möglicher Spannungsschwankungen im Kraftfahrzeugbordnetz 2 eine konstante Ausgangsspannung zur Verfügung, wobei über den DC/DC-Wandler 11 ein gerichteter Energiefluss vom Kraftfahrzeugbordnetz 2 zum Teilbordnetz 10 gewährleistet ist. Um die Dynamikanforderungen an den DC/DC-Wandler 11 gering zu halten, übernehmen wieder die Kondensatoren 8, 9 die Energieversorgung im Peakbereich, so dass der DC/DC-Wandler 11 nur die Grundlast übernimmt. Dabei kann es vorkommen, dass beim Übergang vom Peakbereich in die Grundlast die Kondensatoren 8, 9 bereits stark entladen sind, jedoch der DC/DC-Wandler 11 sich noch in der Anstiegszeit befindet. In diesem Fall übernimmt die Notbatterie 12 kurzzeitig die Energieversorgung der Strompeak-Verbraucher 6, 7. Anschließend übernimmt dann der DC/DC- Wandler 11 die Energieversorgung der Strompeak-Verbraucher 6, 7 und lädt die Kondensatoren 8, 9 sowie die Notbatterie 12 aufIn Fig. 3 is an expanded embodiment. The current peak consumers 6 , 7 are arranged as safety-relevant consumers in a sub-electrical system 10 which is decoupled from the rest of the vehicle electrical system via a DC / DC converter 11 . Furthermore, an emergency battery 12 is assigned to the sub-electrical system 10 . Despite possible voltage fluctuations in the vehicle electrical system 2, the DC / DC converter 11 provides a constant output voltage, with a directed energy flow from the vehicle electrical system 2 to the subsystem 10 being ensured via the DC / DC converter 11 . In order to keep the dynamic requirements on the DC / DC converter 11 low, the capacitors 8 , 9 again take over the energy supply in the peak area, so that the DC / DC converter 11 only takes over the basic load. It can happen that the capacitors 8 , 9 are already strongly discharged during the transition from the peak area to the base load, but the DC / DC converter 11 is still in the rise time. In this case, the emergency battery 12 briefly takes over the energy supply to the power peak consumers 6 , 7 . Then the DC / DC converter 11 then takes over the energy supply of the current peak consumers 6 , 7 and charges the capacitors 8 , 9 and the emergency battery 12

Claims

1. Motor vehicle electrical system for electricity peak consumers, comprising a generator, at least one battery and at least one. Current peak consumer, characterized in that the current peak consumer ( 6 , 7 ) is assigned a local short-term energy store.

2. Motor vehicle electrical system according to claim 1, characterized in that the short-term energy storage is designed as a capacitor ( 8 , 9 ).

3. Motor vehicle electrical system according to claim 1 or 2, characterized in that the electricity peak consumers ( 6 , 7 ) are arranged in a safety-relevant sub-electrical system ( 10 ), the sub-electrical system ( 10 ) being connected to the remaining motor vehicle electrical system ( 2 ) by a decoupling circuit ,

4. Motor vehicle electrical system according to claim 3, characterized in that the decoupling circuit is designed as a DC / DC converter ( 11 ).

5. Motor vehicle electrical system according to claim 3 or 4, characterized in that the sub-electrical system ( 10 ) is assigned an emergency battery ( 12 ).