DE102008002358A1

DE102008002358A1 - Power supply system for electrical system of motor vehicle, has alternator, which has two separate generator circuits for supply units of sub-networks

Info

Publication number: DE102008002358A1
Application number: DE200810002358
Authority: DE
Inventors: Marcus Abele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-17

Abstract

The power supply system has an alternator (2), which has two separate generator circuits for supply units of sub-networks (11,12,13). A control unit (14) is arranged in a mechanical drive power, which is not sufficient in order to provide the reference output power of all generator circuits. An independent claim is included for an electrical system with load circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgung und ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Bordnetz mit mehreren, getrennt voneinander mit Spannung zu versorgenden Teilnetzen.The The invention relates to a power supply and a vehicle electrical system for a motor vehicle, in particular a vehicle electrical system with several, separated from each other to be supplied with voltage subnets.

Stand der TechnikState of the art

Um ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, wird heutzutage üblicherweise ein durch einen Antriebs-Verbrennungs-Motor über einen Keilriemen angetriebener Drehstromgenerator eingesetzt. Der Drehstromgenerator erzeugt eine dreiphasige Drehspannung, welche durch Gleichrichterdioden in Gleichspannung gewandelt und in das Bordnetz eingespeist wird. Die Regelung der zu erzeugenden Spannung wird von einem Spannungsregler vorgenommen, welcher über ein Paar von Schleifringen einer rotierenden Erregerwicklung des Generators ein Erregungsstrom zuführt und über das von dem Erregungsstrom hervorgerufene Magnetfeld die in einer Statorwicklung erzeugte Spannung steuert.Around supply a vehicle electrical system with electrical energy, Nowadays, one is usually transmitted by a drive combustion engine a V-belt driven alternator used. Of the Three-phase generator generates a three-phase rotary voltage, which converted into DC voltage by rectifier diodes and into the On-board network is fed. The regulation of the voltage to be generated is made by a voltage regulator, which via a Pair of slip rings of a rotating field winding of the generator supplies an excitation current and over that of the Excitation current induced magnetic field in a stator winding generated voltage controls.

Hierbei kommt dem Spannungsregler die Aufgabe zu, über die Ausgangsspannung des Generators oder eine an einem anderen geeigneten Punkt des Bordnetzes gemessene Referenzspannung die Bordnetzspannung unabhängig von Belastung und Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem bestimmten Bereich konstant zu halten und sowohl bei einem Unterschreiten einer Mindestspannung und einem drohenden Bordnetzausfall, als auch bei einem Überschreiten einer Maximalspannung zum Schutz von an das Bordnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern entsprechende Maßnahmen hinsichtlich der Steuerung der Erregungsspannung zu treffen.in this connection The task of the voltage regulator is via the output voltage the generator or at another suitable point of the electrical system measured reference voltage the vehicle electrical system voltage independently of load and speed of the internal combustion engine in a given Keep area constant and both fall below one Minimum voltage and an imminent electrical system failure, as well as at exceeding a maximum voltage for the protection of corresponding to the on-board electrical consumers corresponding Measures concerning the control of the excitation voltage hold true.

Herkömmliche Drehstromgeneratoren verwenden zur Spannungserzeugung eine dreiphasige Statorwicklung, eine Erregerwicklung auf dem Rotor mit einem Paar Schleifringe und einen Spannungsregler. Falls es zu einer Störung oder einem Ausfall einer dieser Komponenten kommt, so kann dies zu einem völligen Ausfall der Spannungserzeugung führen, so dass die Energieversorgung des Bordnetzes zusammenbricht.conventional Three-phase generators use a three-phase stator winding for voltage generation, a field winding on the rotor with a pair of slip rings and a voltage regulator. If there is a fault or a Failure of any of these components comes, so this can be a complete one Failure of the power supply lead, causing the power supply of the electrical system collapses.

In modernen Kraftfahrzeugen werden jedoch immer mehr sicherheitsrelevante Verbraucher in das Bordnetz integriert, beispielsweise elektronische Lenk- oder Bremssysteme. Bei einem Ausfall des Bordnetzes mit einem herkömmlichen Generator sind auch diese Verbraucher nicht mehr betriebsfähig, so dass dann aus Sicherheitsgründen das Fahrzeug nicht mehr in Bewegung gesetzt werden darf bzw. für den Fall, dass ein sicherheitsrelevanter Verbraucher während der Fahrt ausfällt, Vorkehrungen getroffen werden müssen, um das Fahrzeug sicher zum Stehen bringen zu können.In However, modern motor vehicles are becoming more and more safety-relevant Integrated into the vehicle electrical system, such as electronic steering or brake systems. In case of failure of the electrical system with a conventional Generator, these consumers are no longer operational, so then for safety reasons the vehicle is not more may be set in motion or in case that a security-relevant consumer during the Ride fails, precautions must be taken to bring the vehicle safely to a halt.

So wird in der Offenlegungsschrift DE 37 14 193 A1 eine Anordnung beschrieben, bei welcher das Bordnetz in ein Basisbordnetz und mehrere Teilnetze strukturiert ist, wobei ein Generator im Basisbordnetz vorgesehen ist, um alle Teilnetze mit Spannung zu versorgen und an jedes der Teilnetze sicherheitsrelevante Verbraucher, insbesondere elektronische Bremsen angeschlossen sind. Um bei einem Ausfall des Generators während der Fahrt das Fahrzeug sicher abbremsen zu können, weist jedes der Teilnetze eine Hilfsbatterie auf, so dass die Bremsen zumindest für einen weiteren Bremsvorgang mit Energie aus der Hilfsbatterie versorgt werden können. Anschließend ist ein Fahrzeugstillstand jedoch nicht zu vermeiden.Such is in the published patent application DE 37 14 193 A1 describes an arrangement in which the electrical system is structured in a base-board network and multiple subnets, wherein a generator is provided in the base board network to provide power to all subnets and safety-relevant consumers, in particular electronic brakes are connected to each of the subnets. In order to be able to decelerate the vehicle safely in case of failure of the generator while driving, each of the subnets on an auxiliary battery, so that the brakes can be supplied at least for a further braking operation with energy from the auxiliary battery. Subsequently, a vehicle standstill is unavoidable.

Aus der Offenlegungsschrift DE 197 52 241 A1 ist ein ausfallsicherer Generator bekannt, welcher zur Spannungsversorgung zweier Teilnetze eines Bordnetzes jeweils eine Statorwicklung und einen Gleichrichter für jedes Teilnetz aufweist und deren Spannungserzeugung über eine gemeinsame Erregerwicklung mit einem Paar Schleifringe gesteuert wird. Die Steuerung der Erregungsspannung erfolgt durch zwei parallel geschaltete Spannungsregler, welche so ausgeführt sind, dass bei einem Ausfall eines der Spannungsregler der jeweils andere Spannungsregler die Ansteuerung der Erregerwicklung übernimmt, so dass die Spannungsversorgung der Teilnetze weiterhin gewährleistet ist. Bei einem Kurzschluss in einem der Teilnetze sorgen die Gleichrichter dafür, dass das defekte Teilnetz abgeschaltet wird oder dass die im noch funktionierenden Teilnetz zur Verfügung stehende Spannung unsymmetrisch auf die Teilnetze aufgeteilt wird. Bei dieser Lösung ist eine weitgehend ausfallsichere Spannungsversorgung mehrerer Teilnetze mit gleichem Energiebedarf möglich, jedoch kann die Spannungserzeugung nicht ausreichend auf unterschiedlichen Spannungsbedarf in den einzelnen Teilnetzen abgestimmt werden.From the publication DE 197 52 241 A1 is a fail-safe generator is known, which has a stator winding and a rectifier for each subnet for voltage supply of two subnetworks of a vehicle electrical system and their voltage is controlled by a common field winding with a pair of slip rings. The control of the excitation voltage is effected by two voltage regulators connected in parallel, which are designed such that in the event of failure of one of the voltage regulators, the respective other voltage regulator assumes the control of the exciter winding, so that the voltage supply of the subnetworks is still ensured. In the event of a short circuit in one of the subnetworks, the rectifiers ensure that the defective subnetwork is switched off or that the voltage available in the still functioning subnetwork is distributed asymmetrically to the subnetworks. In this solution, a largely fail-safe power supply of multiple subnets with the same energy consumption is possible, however, the voltage generation can not be sufficiently matched to different voltage requirements in the individual subnets.

Aus DE 10 2004 008 433 A1 ist eine Spannungsversorgung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die von dieser Spannungsversorgung versorgten Teilnetze haben zwei Betriebsspannungen U1, U2, wobei nur eines der Teilnetze eine Batterie enthält. Die beiden Generatorkreise umfassen voneinander getrennte Erregerwicklungen, die unabhängig voneinander mit einem Erregungsstrom beaufschlagbar sind. Das das zweite Teilnetz über keine eigene Batterie verfügt, wird bei einem Start des Kraftfahrzeugs der Erregungsstrom für die zweite Erregerwicklung aus der Batterie des ersten Teilnetzes bezogen. Eine Redundanz, die für den Betrieb von sicherheitsrelevanten Verbrauchern im Bordnetz zu verlangen wäre, ist bei dieser herkömmlichen Spannungsversorgung nicht gegeben.Out DE 10 2004 008 433 A1 a power supply for a motor vehicle according to the preamble of claim 1 is known. The supplied from this power supply subnets have two operating voltages U1, U2, with only one of the subnets includes a battery. The two generator circuits comprise mutually separate excitation windings, which can be acted upon independently of one another by an excitation current. The second subnet does not have its own battery, the excitation current for the second exciter winding is obtained from the battery of the first subnet at a start of the motor vehicle. A redundancy that would be required for the operation of safety-relevant consumers in the electrical system is not in this conventional power supply given.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Spannungsversorgung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, die mit einfachen Mitteln ein hohes Maß an Versorgungssicherheit für sicherheitsrelevante Verbraucher erreicht. Wenn im einfachsten Fall, dass der Drehstromgenerator genau zwei getrennte Generatorkreise umfasst, einer der beiden Generatorkreise auch zur Versorgung von nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern dienen muss, kann die Versorgungssicherheit der sicherheitsrelevanten Verbraucher verbessert werden, indem das vorrangig versorgte zweite Teilnetz ausschließlich der Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher vorbehalten bleibt, während das erste Teilnetz zur Versorgung sowohl sicherheitsrelevanter als auch nicht sicherheitsrelevanter Verbraucher dienen kann. Falls der Drehstromgenerator drei oder mehr getrennte Generatorkreise aufweist, können der zweite und alle weiteren Generatorkreise redundant zur Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher dienen. Von zwei zueinander redundanten sicherheitsrelevanten Verbrauchern sollte in diesem Fall der eine an das erste und der andere an das zweite Teilnetz angeschlossen sein, um eine vollständige galvanische Trennung der Teilnetze gewährleisten zu können.By The present invention will provide a power supply for a motor vehicle created by simple means a high Level of security of supply for safety-relevant Reached consumers. If, in the simplest case, that of the alternator exactly two separate generator circuits includes, one of the two generator circuits also to supply non-safety consumers must, can the security of supply of safety-relevant consumers improved by providing the priority second sub-network excluding the supply of safety-related Consumer remains reserved while the first subnet to supply both safety-relevant and non-safety-relevant Consumers can serve. If the alternator three or has more separate generator circuits, the second and all other generator circuits redundant to supply the safety-relevant Serve consumers. Of two mutually redundant safety-relevant Consumers should in this case, the one to the first and the others connected to the second subnet to complete to ensure galvanic isolation of the subnets.

Da die Leistung der sicherheitsrelevanten Verbraucher im Allgemeinen kleiner ist als die maximale auf dem ersten Teilnetz benötigte Leistung (selbst dann, wenn das erste Teilnetz nur der Versorgung der nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher vorbehalten sein sollte), kann der zweite Generatorkreis zweckmäßigerweise für eine kleinere elektrische Ausgangsleistung ausgelegt sein als der erste Generatorkreis. Dies spart nicht nur Bauraum und Kosten des Generators, sondern es verringert auch die Auswirkungen einer Bevorzugung des zweiten Generatorkreises auf den ersten Generatorkreis.There the performance of safety-related consumers in general is less than the maximum required on the first subnet Performance (even if the first subnet is just the supply reserved for non-safety consumers), can the second generator circuit expediently designed for a smaller electrical output be as the first generator circuit. This not only saves installation space and cost of the generator, but it also reduces the impact a preference of the second generator circuit to the first generator circuit.

Vorzugsweise umfasst jeder Generatorkreis eine Erregerwicklung, die zur Regelung der Ausgangsleistung mit einem geregelten Erregungsstrom beaufschlagbar ist, und eine Statorregelung.Preferably Each generator circuit comprises a field winding which is used for regulation the output power with a regulated excitation current acted upon is, and a stator control.

Die Erregerwicklung dieses zweiten Generatorkreises kann angeordnet sein, um eine dritte Statorwicklung für die Versorgung eines dritten Teilnetzes zu erregen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn zweites und drittes Teilnetz redundant der Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher dienen, da in diesem Fall der Leistungsbedarf des zweiten und des dritten Teilnetzes im Allgemeinen korreliert ist.The Exciter winding this second generator circuit can be arranged be to supply a third stator winding for the supply of a third subnet. This is especially true expedient if second and third subnetwork redundantly serve the supply of safety-relevant consumers, because in this case the power requirements of the second and third Subnetwork is generally correlated.

Eine an den Bedarf des zweiten und des dritten Teilnetzes angepasste Leistungserzeugung und eine Verbesserung der Redundanz ist erreichbar, wenn die Steuereinrichtung je einen Regler zum Regeln des Erregungsstroms des zweiten Generatorkreises anhand einer an dem dem zweiten Generatorkreis zugeordneten Teilnetz gemessenen Spannung bzw. anhand einer an dem der dritten Statorwicklung zugeordneten Teilnetz gemessenen Spannung umfasst.A adapted to the needs of the second and third subnetworks Power generation and an improvement in redundancy is achievable when the control device each have a controller for regulating the excitation current of the second generator circuit based on one of the second generator circuit associated subnet measured voltage or on the basis of a the third stator winding associated subnet measured voltage includes.

Um im Falle der Störung eines dieser Regler eine im Wesentlichen korrekte Regelung des Erregungsstroms durch den verbleibenden Regler sicherzustellen, weisen die Regler vorzugsweise im Falle einer Störung hochohmige Ausgänge auf.Around in the case of failure of one of these controllers a substantially correct regulation of the excitation current by the remaining regulator ensure the controller, preferably in case of failure high impedance outputs.

Ein noch größeres Maß an Redundanz ist erreichbar, wenn die Spannungsversorgung einen vollständigen dritten Generatorkreis umfasst und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, im Falle einer mechanischen Antriebsleistung, die nicht ausreicht, um die Soll-Ausgangsleistungen aller Generatorkreise bereit zu stellen, die Soll-Ausgangsleistung auch des dritten Generatorkreises mit Vorrang vor derjenigen des ersten Generatorkreises bereitstellt.One even greater degree of redundancy is achievable if the power supply is a full third Generator circuit comprises and the control device is set up, in the case of a mechanical drive power that is insufficient to provide the target output powers of all generator circuits, the desired output power of the third generator circuit with Takes precedence over that of the first generator circuit.

Zur Erhöhung der Sicherheit ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dezentral organisiert, insbesondere umfasst sie zu jedem Generatorkreis vorzugsweise wenigstens einen Regler zum Steuern der Erregung in Abhängigkeit von der an dem dem Generatorkreis zugeordneten Teilnetz gemessenen Spannung. So ist sichergestellt, dass nicht eine Störung an zentraler Stelle der Steuereinrichtung zu einem Ausfall der Erregungssteuerung an allen Teilnetzen führen kann.to Increasing the security is the control device preferably decentralized, in particular, it includes to each generator circuit preferably at least one controller for controlling the excitation in Dependence on the one assigned to the generator circuit Subnet measured voltage. This ensures that not a fault at a central location of the control device lead to a failure of the excitation control on all subnets can.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of embodiments with reference on the attached figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und 1 a schematic representation of a vehicle electrical system for a motor vehicle in a first embodiment of the present invention; and

2 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; 2 a second embodiment of a vehicle electrical system according to the invention;

3 eine dritte, vereinfachte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes; und 3 a third, simplified embodiment of a vehicle electrical system according to the invention; and

4 eine vierte, vereinfachte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bordnetzes. 4 a fourth, simplified embodiment of a vehicle electrical system according to the invention.

1 stellt schematisch den Aufbau eines Bordnetzes 1 eines Kraftfahrzeugs dar. Das Bordnetz 1 ist in drei Teilnetze 11, 12, 13 unterteilt, welche von einem Drehstromgenerator 2 unabhängig voneinander mit Spannungen B₁ ⁺–B₁ ^–, B₂ ⁺–B₂ ^–, B₃ ⁺–B₃ ^– versorgt werden. Der Drehstromgenerator 2 wird von einem Antriebs-Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs durch einen Keilriemen angetrieben. 1 schematically shows the structure of a vehicle electrical system 1 of a motor vehicle. The electrical system 1 is in three subnets 11 . 12 . 13 divided, which of a three-phase generator 2 be supplied independently with voltages B ₁ ⁺ -B ₁ ^- , B ₂ ⁺ -B ₂ ^- , B ₃ ⁺ -B ₃ ^- . The alternator 2 is from egg a drive internal combustion engine of the motor vehicle driven by a V-belt.

Das Teilnetz 11 ist ein Basisbordnetz, an welches nicht sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher 91 wie beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen, elektrische Fensterheber, Heizungsvorrichtungen usw. Das Teilnetz 11 umfasst außerdem eine Fahrzeugbatterie 81, welche im Zusammenwirken mit dem Drehstromgenerator 2 die elektrische Energie für das Basisbordnetz zur Verfügung stellt. Das Teilnetz 11 ist an Fahrzeugmasse 10 angeschlossen.The subnet 11 is a base-board network to which non-safety-related electrical consumers 91 such as lighting fixtures, power windows, heaters, etc. The subnetwork 11 also includes a vehicle battery 81 , which in cooperation with the alternator 2 provides the electrical energy for the base board network. The subnet 11 is at vehicle mass 10 connected.

An die Teilnetze 12 und 13 ist jeweils ein sicherheitsrelevanter elektrischer Verbraucher 92 und 93 angeschlossen, beispielsweise jeweils ein elektronischer Bremskreis. Die Bremskreise sind vorzugsweise so ausgeführt, dass jeweils ein diagonal zueinander angeordnetes Räderpaar des Fahrzeugs von einem Bremskreis angesteuert wird, d. h. beispielsweise der steuert Bremskreis 92 anhand einer erfassten Bremspedalbetätigung durch den Fahrer die Bremsen des linken Vorderrades und des rechten Hinterrades, während der Bremskreis 93 – vorzugsweise aufgrund einer vom ersten Bremskreis 92 unabhängigen Erfassung der Pedalbetätigung – die Bremsen des rechten Vorderrades und des linken Hinterrades steuert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung auf elektronische Bremskreise beschränkt, sondern ist für beliebige Systeme anwendbar, bei denen eine die Fahrzeugbewegung beeinflussende Steuereingabe des Fahrers auf elektrischem oder elektronischem Wege erfasst und als elektrisches Signal an ausführende Aktoren übertragen wird, insbesondere auch für ein elektronisches Lenksystem.To the subnets 12 and 13 is in each case a safety-relevant electrical consumer 92 and 93 connected, for example, each an electronic brake circuit. The brake circuits are preferably designed so that in each case a diagonally arranged to each other pair of wheels of the vehicle is driven by a brake circuit, ie, for example, controls the brake circuit 92 based on a detected brake pedal operation by the driver, the brakes of the left front wheel and the right rear wheel during the brake circuit 93 - Preferably due to one of the first brake circuit 92 independent detection of pedal operation - controls the brakes of the right front wheel and the left rear wheel. However, the invention is not limited to the application to electronic brake circuits, but is applicable to any system in which detects the vehicle motion influencing control input of the driver by electrical or electronic means and transmitted as an electrical signal to exporting actuators, especially for an electronic steering system.

Die Teilnetze 12 und 13 umfassen jeweils eine Hilfsspannungsquelle 82 und 83, welche bei einem vorübergehenden hohen Energiebedarf den Generator 2 durch eine zusätzliche Energieabgabe an das Teilnetz 12, 13 unterstützen. Die Hilfsspannungsquellen 82, 83 sind in 1 als Batterien dargestellt, können aber auch als Akkumulatoren oder Doppelschichtkondensatoren ausgeführt sein. Die Teilnetze 12 und 13 sind voneinander und vom Basisbordnetz 11 galvanisch entkoppelt und sind nicht an die Fahrzeugmasse 10 angeschlossen.The subnets 12 and 13 each comprise an auxiliary voltage source 82 and 83 , which at a temporary high energy demand the generator 2 by an additional energy delivery to the subnet 12 . 13 support. The auxiliary voltage sources 82 . 83 are in 1 shown as batteries, but can also be designed as batteries or double-layer capacitors. The subnets 12 and 13 are from each other and from the base board network 11 galvanically decoupled and are not attached to the vehicle ground 10 connected.

Der Drehstromgenerator 2 umfasst drei ebenfalls galvanisch getrennte Statorwicklungen 31, 32, 33 welche hier jeweils in einer Sternschaltung dargestellt sind. Möglich ist auch eine Ausführung der Statorwicklungen 31, 32, 33 als Dreieckschaltung. Jede der Statorwicklungen 31, 32, 33 wird durch eine eigene Erregerwicklung 61, 62, 63 zur Spannungserzeugung angeregt, wobei jeweils ein Spannungsregler 51, 52, 53 über jeweils ein Paar Schleifringe 71, 72, 73 eine Erregungsspannung auf eine der Erregerwicklungen 61, 62, 63 ausgibt. Die Erregerwicklungen 61, 62, 63 sind auf einer gemeinsamen Rotorachse 6 des Drehstromgenerators 2 angeordnet.The alternator 2 comprises three likewise galvanically separated stator windings 31 . 32 . 33 which are each shown here in a star connection. Also possible is an embodiment of the stator windings 31 . 32 . 33 as a delta connection. Each of the stator windings 31 . 32 . 33 is through its own excitation winding 61 . 62 . 63 stimulated to generate voltage, each with a voltage regulator 51 . 52 . 53 each with a pair of slip rings 71 . 72 . 73 an excitation voltage on one of the exciter windings 61 . 62 . 63 outputs. The excitation windings 61 . 62 . 63 are on a common rotor axis 6 of the alternator 2 arranged.

Jeder der Statorwicklungen 31, 32, 33 ist ein Gleichrichter 41, 42, 43 nachgeschaltet, welcher die von den Statorwicklungen 31, 32, 33 erzeugte dreiphasige Drehspannung in eine Gleichspannung wandelt und dem jeweiligen Teilnetz 11, 12, 13 als Spannung B₁+, B₂+, B₃+ zuführt. Hierbei können die Gleichrichter 41, 42, 43 passiv oder aktiv ausgeführt sein, um die Span nungsqualität und die Spannungsform den Erfordernissen des jeweiligen Teilnetzes 11, 12, 13 anzupassen.Each of the stator windings 31 . 32 . 33 is a rectifier 41 . 42 . 43 downstream of which of the stator windings 31 . 32 . 33 generated three-phase voltage converts to a DC voltage and the respective subnet 11 . 12 . 13 as voltage B ₁ +, B ₂ +, B ₃ + supplies. Here, the rectifier 41 . 42 . 43 be executed passive or active, the voltage quality and the voltage form the requirements of the respective subnet 11 . 12 . 13 adapt.

Der Drehstromgenerator 2 ist als eine bauliche Einheit ausgeführt, welche die Spannungsregler 51, 52, 53 mit den Erregerwicklungen 61, 62, 63, den Schleifring-Paaren 71, 72, 73, den Statorwicklungen 31, 32, 33 und den Gleichrichtern 41, 42, 43 in einem Bauteil zusammenfasst. Da die Teilnetze 12 und 13 eine wesentlich geringere Versorgungsleistung benötigen als das Basisbordnetz 11, können die Statorwicklungen 32, 33 und die Erregerwicklungen 62, 63 deutlich kleiner gehalten werden als die Statorwicklung 31 und die Erregerwicklung 61 für das Basisbordnetz 11, so dass sich die Volumenvergrößerung des erfindungsgemäßen Drehstromgenerators 2 im Vergleich zu einem herkömmlichen Drehstromgenerator in Grenzen hält.The alternator 2 is designed as a structural unit containing the voltage regulator 51 . 52 . 53 with the excitation windings 61 . 62 . 63 , the slip ring pairs 71 . 72 . 73 , the stator windings 31 . 32 . 33 and the rectifiers 41 . 42 . 43 summarized in a component. Because the subnets 12 and 13 require a much lower supply than the base network 11 , the stator windings can 32 . 33 and the excitation windings 62 . 63 be kept significantly smaller than the stator winding 31 and the excitation winding 61 for the base board network 11 , so that the volume increase of the alternator of the invention 2 limited compared to a conventional alternator.

Die Spannungsregler 51, 52, 53 erhalten Vorgaben zur Spannungsregelung der Teilnetze 11, 12, 13 von einem Steuergerät 16 des Bordnetzes 1 über eine Kommunikationsverbindung 15. Dem Steuergerät 16 obliegt die Steuerung einer Zu- oder Abschaltung aller elektrischen Verbraucher 91, 92, 93 insgesamt und die Überwachung der Spannungssituation in den Teilnetzen 11, 12, 13. Die Kommunikationsverbindung 15 ist vorzugsweise als Datenbus realisiert, die Verbindung kann aber auch proprietär ausgeführt sein.The voltage regulator 51 . 52 . 53 receive specifications for the voltage regulation of the subnetworks 11 . 12 . 13 from a controller 16 of the electrical system 1 via a communication connection 15 , The control unit 16 It is the responsibility of the controller to switch on or off all electrical consumers 91 . 92 . 93 overall and monitoring the voltage situation in the subnetworks 11 . 12 . 13 , The communication connection 15 is preferably implemented as a data bus, but the connection can also be designed proprietary.

Die Spannungsregler 51, 52, 53 überwachen das jeweilige Spannungsniveau in den Teilnetzen 11, 12, 13 zusätzlich anhand von Messwerten aus den Teilnetzen 11, 12, 13, beispielsweise über ein an den Klemmen der Batterien 81, 82, 83 abgegriffenes Spannungssignal, um ausreichend schnell auf Über- oder Unterspannungen in den jeweiligen Teilnetzen 11, 12, 13 reagieren zu können.The voltage regulator 51 . 52 . 53 monitor the respective voltage level in the subnetworks 11 . 12 . 13 additionally using measured values from the subnetworks 11 . 12 . 13 , for example via a on the terminals of the batteries 81 . 82 . 83 tapped voltage signal to sufficiently fast over or under voltages in the respective subnets 11 . 12 . 13 to be able to react.

Im Steuergerät 16 ist eine Steuereinheit 14 integriert, welche die Energieerzeugung aller Teilnetze 11, 12, 13 insgesamt überwacht und ebenfalls über die Kommunikationsverbindung 15 mit den Reglern 51, 52, 53 in Verbindung steht. Wenn seitens des Verbrennungsmotors nicht ausreichend Leistung für die Spannungserzeugung durch den Drehstromgenerator 2 zur Ver fügung steht, um den Energiebedarf aller Teilnetze 11, 12, 13 vollständig abdecken zu können, beispielsweise wenn sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, so veranlasst die Steuereinheit 14 den Regler 51 dazu, die Spannungserzeugung durch die Statorwicklung 31 zu begrenzen, auch wenn dem Teilnetz 11, dem Basisbordnetz, dadurch vorübergehend weniger Energie zur Verfügung steht als benötigt. Zu diesem Zweck kann z. B. die Steuereinheit 14 anhand von Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors die für den Generator 2 verfügbare Antriebsleistung abschätzen, sie mit dem Leistungsbedarf der Gesamtheit der elektrischen Verbraucher vergleichen und die Notwendigkeit feststellen, die in das Teilnetz 11 eingespeiste Ausgangsleistung zu reduzieren, wenn der Bedarf höher ist als mit der verfügbaren Antriebsleistung erzeugbar oder wenn der Bedarf einen vom Batterieladezustand abhängigen Grenzwert übersteigt.In the control unit 16 is a control unit 14 integrates the power generation of all subnets 11 . 12 . 13 total monitored and also via the communication link 15 with the controls 51 . 52 . 53 communicates. If the internal combustion engine insufficient power for the generation of voltage by the alternator 2 available to the energy needs of all subnetworks 11 . 12 . 13 completely cover too can, for example, when the engine is idling, so causes the control unit 14 the controller 51 in addition, the voltage generated by the stator winding 31 limit, even if the subnet 11 , the base on-board network, thereby temporarily less energy available than needed. For this purpose, z. B. the control unit 14 Based on operating variables of the internal combustion engine for the generator 2 estimate available drive power, compare them with the power requirements of the totality of electrical loads and determine the need for those in the subnet 11 to reduce input power supplied when the demand is higher than can be generated with the available drive power or when the demand exceeds a battery state of charge dependent limit.

Eine Reduzierung der Ausgangsleistung für das Teilnetz 11 kann dann stattfinden, indem die Steuereinheit 14 dem Regler 51 einen reduzierten Sollwert für B₁ ⁺–B₁ ^– vorgibt, während die Sollwerte der anderen Ausgangsspannungen gleich bleiben, oder indem die Steuereinheit die nach Abzug der von den Statorwicklungen 32, 33 benötigten Antriebsleistung noch verfügbare Antriebsleistung berechnet und dem Regler 51 eine mit dieser verfügbaren Antriebsleistung erzeugbare Ausgangsleistung als Sollwert vorgibt.A reduction in the output power for the subnet 11 can then take place by the control unit 14 the controller 51 provides a reduced setpoint for B ₁ ⁺ -B ₁ ^- , while the setpoints of the other output voltages remain the same, or by the control unit after deduction of that of the stator windings 32 . 33 required drive power still available drive power calculated and the controller 51 specifies an output power that can be generated with this available drive power as a setpoint.

In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen und in 1 dargestellten Form im Wesentlichen dadurch, dass die Statorwicklungen 42, 43 der Teilnetze 12 und 13 über eine gemeinsame Erregerwicklung 62' zur Spannungserzeugung angeregt werden und Spannungsregler 52', 53' zum Beaufschlagen der Erregerwicklung 52' mit einem Erregerstrom parallel geschaltet sind. An den Ausgängen der Spannungsregler 52, 53 ist jeweils die Spannung gesteuert, und die Anschlüsse sind vom „fail-silent” Typ, d. h. sie werden im Falle einer Störung des Reglers 23 bzw. 53 hochohmig, so dass der in die Wicklung 62' eingespeiste Erregerstrom nicht die Summe der von den zwei Reglern 52', 53' verlangten Ströme, sondern der jeweils größere der beiden Ströme ist. Somit wird in beiden Statorwicklun gen 32 und 33 Spannung induziert, auch wenn nur in einem der Teilnetze 12, 13 Bedarf erfasst wird. Da aber der Energieverbrauch bei den Verbrauchern 92, 93 der beiden Teilnetze 12, 13 im Allgemeinen gleich ist, sind Situationen selten, in denen in nur einem der beiden Teilnetze 12, 13 Bedarf besteht.In 2 an alternative embodiment of the invention is shown. This embodiment differs from that described above and in 1 essentially in that the stator windings 42 . 43 the subnets 12 and 13 about a common excitation development 62 ' are excited to generate voltage and voltage regulator 52 ' . 53 ' for applying the exciter winding 52 ' are connected in parallel with a field current. At the outputs of the voltage regulator 52 . 53 In each case the voltage is controlled, and the connections are of the "fail-silent" type, ie they are in the event of a fault of the controller 23 respectively. 53 high impedance, so that in the winding 62 ' fed excitation current is not the sum of the two regulators 52 ' . 53 ' required streams, but the larger of the two streams is. Thus, conditions in both Statorwicklun 32 and 33 Voltage induced, even if only in one of the subnets 12 . 13 Need is recorded. But there is energy consumption among consumers 92 . 93 the two subnets 12 . 13 In general, situations are rare in which only one of the two subnets 12 . 13 Need exists.

Wenn einer der Spannungsregler 52', 53' ausfällt, dann steuert nur noch der jeweils andere, vom ausgefallenen unbeeinflusst, die Energieversorgung der beiden Teilnetze 12, 13 anhand des im ihm zugeordneten Teilnetz erfassten Energiebedarfs. Aufgrund des im Wesentlichen gleichen Verbrauchs in den beiden Teilnetzen ist so eine ausreichende Versorgung des Teilnetzes, dessen Regler ausgefallen ist, für geraume Zeit sichergestellt.If one of the voltage regulators 52 ' . 53 ' fails, then only the other, unaffected by the failed, controls the energy supply of the two subnets 12 . 13 on the basis of the subnetwork assigned to it's energy requirement. Due to the substantially equal consumption in the two subnets so sufficient supply of the subnetwork whose controller has failed, ensured for some time.

Auch in der in 2 dargestellten Ausführungsform wird die Spannungsversorgung für das Basisbordnetz 11 eigenständig über die Erregerwicklung 61 gesteuert.Also in the in 2 illustrated embodiment, the power supply for the base vehicle network 11 independently via the excitation winding 61 controlled.

In einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform ist die Steuereinheit 14 nicht im Steuergerät 16 des Bordnetzes 1, sondern in den Drehstromgenerator 2 integriert und entweder als Teil eines der Spannungsregler 51, 52, 53, oder in einer separaten elektronischen Schaltung ausgeführt.In a further, not shown embodiment, the control unit 14 not in the control unit 16 of the electrical system 1 but in the three-phase generator 2 integrated and either as part of one of the voltage regulators 51 . 52 . 53 , or executed in a separate electronic circuit.

Die Verwendung der drei Teilnetze 11, 12, 13, wie in 1 und 2 gezeigt, ermöglicht ein hohes Maß an Ausfallsicherheit durch vollständige galvanische Trennung des Teilnetzes 11 der nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher von den sicherheitsrelevanten Verbrauchern einerseits und die redundante Versorgung der sicherheitsrelevanten Verbraucher durch die zwei getrennten Teilnetze 12, 13 andererseits. Lässt man eine dieser Anforderungen fallen, so ergeben sich weitere Vereinfachungsmöglichkeiten. So zeigt etwa 3 ein Bordnetz, bei dem die nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher 91 zusammen mit einem von zwei redundanten sicherheitsrelevanten Verbrauchern 92 über ein gleiches Teilnetz 11' versorgt sind, während der zweite sicherheitsrelevante Verbraucher 93 über ein eigenes Teil netz 13 versorgt ist. Auch hier führt der Ausfall eines Teilnetzes 11' oder 13 nicht zum Ausfall der sicherheitsrelevanten Verbraucher, und jedes Teilnetz 11', 13 ist über den zugeordneten Regler 51, 53 bedarfsangepasst versorgbar. Wenn im Falle einer Störung im Teilnetz 11' dessen Versorgung zusammenbricht und der Verbraucher 92 ausfällt, kann der Verbraucher 93 dessen Funktionen gewährleisten, und umgekehrt vertritt der Verbraucher 92 den Verbraucher 93 im Falle einer Störung des Teilnetzes 13.The use of the three subnets 11 . 12 . 13 , as in 1 and 2 shown, allows a high level of reliability by complete galvanic isolation of the subnet 11 the non-safety-relevant consumers of the safety-relevant consumers on the one hand, and the redundant supply of the safety-relevant consumers through the two separate sub-networks 12 . 13 on the other hand. If one of these requirements is dropped, further simplification possibilities result. So shows about 3 a wiring system where the non-safety consumers 91 together with one of two redundant safety-related consumers 92 over a same subnet 11 ' are supplied while the second safety-relevant consumer 93 about its own part network 13 is supplied. Again, the failure of a subnet leads 11 ' or 13 not to the failure of the safety-relevant consumers, and every subnetwork 11 ' . 13 is above the assigned controller 51 . 53 can be supplied as required. If in case of a fault in the subnet 11 ' whose supply collapses and the consumer 92 fails, the consumer can 93 ensure its functions, and vice versa represents the consumer 92 the consumer 93 in case of a malfunction of the subnetwork 13 ,

Selbst bei einem Bordnetz der in 4 gezeigten Art, mit nur einem sicherheitsrelevanten Verbraucher 92, der nicht redundant über ein Bordnetz 12 versorgt ist, ist eine gegenüber herkömmlichen nicht redundanten Bordnetzen erhöhte Verfügbarkeitssicherheit des Verbrauchers 92 dadurch sichergestellt, dass die Steuereinheit 14 wie oben beschrieben in einer Situation knapper Antriebsenergie die Erregungsströme in den Erregerwicklungen 51, 52 so steuert, dass das Teilnetz 12 zu Lasten des Teilnetzes 11 vorrangig mit Energie versorgt wird.Even with a wiring system of in 4 shown type, with only one safety-relevant consumer 92 that is not redundant via a wiring system 12 is supplied, compared to conventional non-redundant on-board networks increased availability security of the consumer 92 This ensures that the control unit 14 As described above, in a situation of scarce drive energy, the excitation currents in the excitation windings 51 . 52 so controls that subnet 12 at the expense of the subnetwork 11 primarily supplied with energy.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3714193 A1 [0006]
DE 19752241 A1 [0007]
DE 102004008433 A1 [0008]

Claims

Power supply for a motor vehicle with an alternator, which has at least two separate generator circuits for supplying a respective subnet, to a control device ( 14 . 51 . 52 . 53 ) for determining a desired electrical output power of each generator circuit on the basis of a voltage measured at the subnetwork assigned to the generator circuit, characterized in that the control device ( 14 . 51 . 52 . 53 ) is set, in the case of a mechanical drive power, which is not sufficient to provide the desired output power of all generator circuits, to provide priority, the target output power of the second of the generator circuits.

Power supply according to claim 1, characterized that the second generator circuit for a smaller electrical Output power is designed as the first generator circuit.

Power supply according to claim 1 or 2, characterized characterized in that each generator circuit comprises a field winding, to control the output power with a regulated excitation current can be acted upon, and comprises a stator winding.

Power supply according to claim 3, characterized arranged that the excitation winding of the second generator circuit is to supply a third stator winding for a third subnet.

Power supply according to claim 4, characterized in that the control device ( 14 . 51 . 52 . 53 ) each comprise a controller for controlling the excitation current of the second generator circuit based on a voltage measured at the subnetwork assigned to the second generator circuit or based on a voltage measured at the subnetwork associated with the third stator winding.

Power supply according to Claim 5, characterized that the controllers in the event of a fault, high-impedance outputs exhibit.

Power supply according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a third generator circuit and the control device ( 14 . 51 . 52 . 53 ) is set, in the case of a mechanical drive power, which is not sufficient to provide the desired output powers of all generator circuits to provide the target output power of the third generator circuit with priority over that of the first generator circuit.

Power supply to one of the preceding Claims, characterized in that the control device to each generator circuit comprises at least one controller for controlling the excitation depending on the on the generator circuit associated subnet measured voltage.

Electrical system ( 1 ) for a motor vehicle with a power supply according to one of the preceding claims, characterized in that the load circuit of the second generator circuit comprises a safety-relevant consumer, in particular an electronic brake system.