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DE102009020927A1 - Circuit for stabilizing a mains voltage - Google Patents

Circuit for stabilizing a mains voltage Download PDF

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DE102009020927A1
DE102009020927A1 DE102009020927A DE102009020927A DE102009020927A1 DE 102009020927 A1 DE102009020927 A1 DE 102009020927A1 DE 102009020927 A DE102009020927 A DE 102009020927A DE 102009020927 A DE102009020927 A DE 102009020927A DE 102009020927 A1 DE102009020927 A1 DE 102009020927A1
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DE
Germany
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supply network
circuit
voltage
vehicle
switching device
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102009020927A
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German (de)
Inventor
Markus Gilch
Matthias Ridder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
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Priority to PCT/EP2010/055092 priority patent/WO2010130527A1/en
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Abstract

Schaltung (100) zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, wobei die Schaltung (100) einen elektrischen Anschluss (101), eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung, einen Energiespeicher (102), welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist, eine Umschaltvorrichtung (103), die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher (102) in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und eine Sicherungsvorrichtung (104) aufweist, die mit der Umschaltvorrichtung (103) gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung (103) mit Energie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern.Circuit (100) for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, wherein the circuit (100) has an electrical connection (101), configured for connecting a voltage source for providing a mains voltage, an energy store (102) which cooperates with A switching device (103), which is coupled to the energy store (102), wherein the switching device (103) is set up in such a way that the energy store (102) can be connected in series with the voltage source in order to reduce the voltage drops of the voltage source Compensate mains voltage in the supply network, and a securing device (104) which is coupled to the switching device (103) and arranged such that the switching device (103) can be supplied with energy to prevent overcharging of the energy storage device (102).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs.The The invention relates to a circuit for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a Vehicle.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.Further The invention relates to a vehicle.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs.The The invention further relates to a method for stabilizing a Mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Programm-Element.Furthermore The invention relates to a program element.

Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium.The The invention further relates to a computer-readable storage medium.

Moderne Kraftfahrzeuge bilden komplexe Systeme von Hardware und Software. Zur Regelung und Steuerung des mechatronischen Systems Automobil kommt eine hohe Zahl verschiedenster Steuergeräte zum Einsatz. Die Gesamtheit aller Steuergeräte bildet ein hochgradig vernetztes System auf Grundlage unterschiedlicher Bussysteme bzw. Kommunikationseinrichtungen. Die mit einem solchen System gegebene Heterogenität von Hard- und Software ist hochkomplex. Die Energieversorgung von Automobilen ist besonders bei komfortabler Ausstattung eine kritische Komponente. So müssen beispielsweise in Fahrzeugen verschiedene Lasten, beispielsweise Relais, andere Steuergeräte oder Motoren, mit Energie beziehungsweise Spannung versorgt werden, um diese zu aktivieren und aktiv zu halten. Bei verschiedenen Vorgängen während des Betriebs, beispielsweise beim Starten, kann es jedoch zu einem Abfall der Versorgungsspannung an Lasten oder parasitären Widerständen kommen.modern Motor vehicles form complex systems of hardware and software. For regulation and control of the mechatronic system automobile A large number of different control units are used. The totality all control units forms a highly networked system based on different Bus systems or communication devices. The with such a system given heterogeneity Hardware and software is highly complex. The energy supply of automobiles is a critical component especially with comfortable equipment. So have to for example, in vehicles different loads, for example Relays, other controllers or motors are supplied with energy or voltage, to activate and keep active. In various operations during the However, operating, for example, at startup, can be a waste the supply voltage comes at loads or parasitic resistances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, zu stabilisieren.Of the Invention is based on the object, a mains voltage in one Supply network, in particular in a supply network of a vehicle, to stabilize.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.These Task is solved through the objects the independent one Claims. Advantageous embodiments The present invention is described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei die Schaltung einen elektrischen Anschluss, eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung, einen Energiespeicher, welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist, eine Umschaltvorrichtung, die mit dem Energiespeicher gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und eine Sicherungsvorrichtung aufweist, die mit der Umschaltvorrichtung gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung mit Energie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers zu verhindern.According to one The first aspect of the invention is a stabilization circuit a mains voltage in a supply network, in particular in one Supply network of a vehicle, provided, wherein the circuit an electrical connection, set up to connect a Voltage source for providing a mains voltage, an energy store, which is switchable in series with the voltage source, a switching device, which is coupled to the energy store, wherein the switching device is set up such that the energy storage in series with the Voltage source is switchable to voltage drops of the mains voltage in the Compensate supply network, and a safety device which is coupled to the switching device and set up such is that the switching device is powered to power an overload to prevent the energy storage.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das eine Schaltung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz des Fahrzeugs aufweist.According to one Another aspect of the invention, a vehicle is provided, the one Circuit having the stabilizing features described above a mains voltage in a supply network of the vehicle.

Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer Netzspannung, das Zuschalten eines Energiespeichers durch eine Umschaltvorrichtung, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und das Versorgen der Umschaltvorrichtung mit Energie durch eine Sicherungsvorrichtung, um ein Überladen des Energiespeichers zu verhindern, aufweist.According to one more other embodiment The invention relates to a method for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network a vehicle, the method providing a mains voltage, the connection of an energy storage by a switching device for voltage drops of the mains voltage in the Compensating supply network, and supplying the switching device with energy through a security device to overcharge the Has to prevent energy storage.

In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, gespeichert, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Verfahrensschritte steuert, aufweist bzw. durchführt.In a computer readable storage medium according to an embodiment The present invention is a program for stabilizing a Mains voltage in a supply network, in particular in a supply network a vehicle, which program, if stored by a processor accomplished is, which controls the method steps described above, having or performs.

Ein Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. steuert oder führt diese durch), wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.One Program element (computer program element) according to an embodiment of the present invention for stabilizing a mains voltage in one Supply network, in particular in a supply network of a vehicle has the method steps described above (or controls or leads this by) when executed by a processor.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.embodiments of the present invention both by means of a computer program, that is a software, as well by means of one or more special electrical circuits, this means in hardware, or in any hybrid form, that means by means of Software components and hardware components, be realized.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Schaltung für ein Fahrzeugsystem (zum Beispiel ein Automobil bzw. Kraftfahrzeug) geschaffen, welches eine Netzspannung in einem Versorgungsnetz stabilisiert. Eine solche Schaltung enthält elektrische Anschlüsse zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung. Eine solche Spannungsquelle kann eine interne elektrische Versorgungsspannungsquelle zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Versorgen von unterschiedlichen Lasten in dem Fahrzeug seine oder eine externe Spannungsquelle zum Bereitstellen elektrischer Energie. Bei der Spannungsquelle kann es sich beispielsweise um eine Batterie handeln. Unter elektrischer Energie ist in diesem Zusammenhang sowohl elektrische als auch elektro-chemische Energie zu verstehen.According to an exemplary embodiment of the invention, a circuit for a vehicle system (for example, an automobile or motor vehicle) is provided, which is a network voltage in a supply network stabilized. Such a circuit includes electrical connections for connecting a voltage source for providing a mains voltage. Such a voltage source may be an internal electrical supply voltage source for providing electrical energy for supplying different loads in the vehicle its or an external voltage source for providing electrical energy. The voltage source may be, for example, a battery. By electrical energy is meant in this context both electrical and electro-chemical energy.

Spannungsabfälle können in dem Versorgungsnetz oder Bordnetz an Widerständen im Bordnetz auftreten. Spannungsabfälle können auch an Leitungswiderständen der Verbindungskabel und der zugehörigen Verbinder auftreten, die parasitär sind.Voltage drops can occur in occur in the supply network or electrical system to resistors in the electrical system. brownouts can also on line resistance the connection cable and the associated connector occur, the parasitic are.

In diesem Zusammenhang kann der Energiespeicher eine beliebige Vorrichtung sein, die in dem Versorgungsnetz vorhandene Energie speichern kann, um diese bei Spannungsabfällen zusätzlich zu der Energie der Spannungsquelle zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise kann ein Spannungsabfall kompensiert werden.In In this context, the energy storage device can be any device which can store energy available in the supply network, in case of voltage drops additionally to provide the power of the voltage source. To this Way, a voltage drop can be compensated.

Des Weiteren kann eine Umschaltvorrichtung vorgesehen sein, die den Energiespeicher bedarfsweise zuschalten kann. Diese Umschaltvorrichtung kann dafür Sorge tragen, dass bei Spannungsabfällen der Energiespeicher dem Versorgungsnetz zugeschaltet wird und im Normalbetrieb aufgeladen wird. Bevorzugt kann die Aufladung des Energiespeichers über eine Aufladevor richtung innerhalb des Bordnetzes erfolgen. Die Aufladevorrichtung kann beispielsweise ein DC/DC-Wandler sein.Of Furthermore, a switching device may be provided, which the Energy storage can switch on as needed. This switching device can do that Care should be taken that the voltage drops in the energy storage the Supply network is switched on and charged in normal operation. Preferably, the charging of the energy store via a Aufladevor direction within the electrical system. The charging device For example, it may be a DC / DC converter.

Eine Sicherungsvorrichtung kann vorgesehen sein, die derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung mit Energie versorgbar ist. Auf diese Weiche kann sichergestellt werden, dass die Umschaltvorrichtung den Energiespeicher vor einer Überladung schützt. Der Energiespeicher kann beispielsweise von einer ladenden Energiequelle getrennt werden.A Securing device can be provided, which is set up is that the switching device is supplied with energy. On This switch can ensure that the switching device the energy storage against an overload protects. The energy storage, for example, from a charging power source be separated.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Schaltung beschrieben. Diese gelten auch für das Verfahren, für das Fahrzeug, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.in the Other preferred embodiments the circuit described. These also apply to the procedure, for the vehicle, for the program element and for the computer-readable storage medium.

Die Umschaltvorrichtung kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweisen, wobei der erste Schalter mit der Sicherungsvorrichtung gekoppelt ist. Durch den zweiten Schalter kann eine Verbindung zwischen dem Energiespeicher dem Versorgungsnetz derart geschlossen werden, dass zusätzlich benötigte Energie aus dem Energiespeicher in das Versorgungsnetz eingespeist werden kann. Durch den ersten Schalter kann im Normalbetrieb eine Verbindung geschlossen werden, so dass der Energiespeicher nicht überladen wird.The Switching device may include a first switch and a second switch Have switch, wherein the first switch coupled to the securing device is. Through the second switch, a connection between the Energy storage are closed to the supply network such that additionally needed Energy from the energy storage fed into the supply network can be. The first switch can be used in normal operation Connection can be closed so that the energy storage is not overloaded becomes.

Der erste Schalter und/oder der zweite Schalter kann einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FETs), oder integrierte Treiberbaustein aufweisen. Hierbei kann der erste Schalter beziehungsweise Transistor mit der Sicherungsvorrichtung verbunden sein, so dass dieser Transistor jederzeit mit Energie versorgt werden kann. Der zweite Schalter kann auch ein regelbarer Widerstand sein.Of the first switch and / or the second switch may be a transistor, in particular a field effect transistor (FETs), or integrated Have driver block. Here, the first switch or Transistor be connected to the safety device, so that This transistor can be powered at any time. The second Switch can also be a variable resistor.

Die Sicherungsvorrichtung kann eine Ladungspumpe aufweisen, die mit dem Energiespeicher gekoppelt ist. Die Ladungspumpe kann auf diese Weise direkt mit Energie versorgt werden, wodurch sich der Energiespeicher selbst schützt.The Securing device may have a charge pump with is coupled to the energy storage. The charge pump can on this Way to be powered directly, resulting in the energy storage protects itself.

Die Ladungspumpe kann eingerichtet sein, um ab einem vordefinierten Schwellenwert der Ladespannung aktiviert zu werden. Auf diese Weise kann der Ruhestrom bei niedriger Ladespannung des Energiespeichers und damit die Selbstentladung des Energiespeichers gesenkt werden.The Charge pump can be set to start from a predefined Threshold of the charging voltage to be activated. In this way can the quiescent current at low charging voltage of the energy storage and thus the self-discharge of the energy storage can be lowered.

Der Energiespeicher kann ein Doppelschichtkondensator sein. Im Vergleich zu der Verwendung einer wieder aufladbaren Batterie hat ein Kondensator bzw. ein Doppelschicht-Kondensator den Vorteil, dass der Ladevorgang sehr schnell erfolgen kann. Ferner altert insbesondere ein Doppelschicht-Kondensator im Vergleich zu einem herkömmlichen Akku bei zyklischer Belastung deutlich langsamer, so dass eine regelmäßige Funktionsüberprüfung des Energiespeichers nicht erforderlich ist oder zumindest nur in vergleichsweise langen Abständen durchgeführt werden muss.Of the Energy storage can be a double-layer capacitor. Compared to use a rechargeable battery has a capacitor or a double-layer capacitor has the advantage that the charging process can be done very quickly. Furthermore, in particular, a double-layer capacitor ages compared to a conventional one Battery at cyclic load much slower, so that a regular function check of the Energy storage is not required or at least only in comparative long distances carried out must become.

Bevorzugt weist der Doppelschicht-Kondensator eine Lebensdauer von zumindest 10 Jahren, vorzugsweise 20 Jahren, auf, wobei innerhalb dieser Zeitspanne die Kapazität weniger als beispielsweise 20% abnimmt. Durch die beschriebene lange Lebensdauer des Kondensators kann für das gesamte System eine nahezu vollständige Wartungsfreiheit gewährleistet werden, ohne dass dadurch die Betriebssicherheit beeinträchtigt wäre. Insbesondere ist ein Ersetzen von Batterien oder Akkumulatoren nicht erforderlich.Prefers For example, the double-layer capacitor has a lifetime of at least 10 years, preferably 20 years, on, within this time period the capacity less than 20%, for example. By the described long Life of the capacitor can be almost for the entire system full Maintenance-free guaranteed without compromising operational safety. Especially it is not necessary to replace batteries or accumulators.

Im Vergleich zu anderen Kondensatoren weisen Doppelschicht-Kondensatoren, welche den beteiligten Fachkreisen auch unter den Begriffen bzw. Markennamen Goldcaps, Supercaps, Boostcaps oder Ultracaps geläufig sind, eine deutlich größere Kapazität auf. Die hohe Kapazität dieser Kondensatoren und damit die Möglichkeit der effektiven elektrostatischen Energiespeicherung beruht auf (a) einer großen Elektrodenfläche und (b) der Dissoziation von Ionen in einem flüssigen Elektrolyt, welches ein Dielektrikum mit einer Dicke von nur wenigen Atomlagen bildet.Compared to other capacitors have double-layer capacitors, which are familiar to the experts involved under the terms or brand names gold caps, supercaps, Boostcaps or Ultracaps, a much larger capacity. The high capacity of this condensa The possibility of effective electrostatic energy storage is based on (a) a large electrode area and (b) the dissociation of ions in a liquid electrolyte, which forms a dielectric with a thickness of only a few atomic layers.

Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Schaltung, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.in the Further will be additional Embodiments of the vehicle described. These also apply to the circuit, for the Procedure, for the program element and for the computer-readable storage medium.

Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Schaltung in einem Zug, in einem Luftfahrzeug (zum Beispiel einem Flugzeug, einem Hubschrauber oder einem Zeppelin) oder in einem Schiff zu implementieren.The Vehicle may, for example, be an automobile (for example a motor vehicle, in particular a passenger car or truck). But it is also possible the circuit according to the invention in a train, in an aircraft (for example an airplane, a helicopter or a zeppelin) or in a ship to implement.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It It should be noted that embodiments of the invention with reference to different subjects of the invention have been described. Especially are some embodiments of the invention with apparatus claims and other embodiments the invention described with method claims. The expert However, when reading This application immediately becomes clear that, unless explicitly stated otherwise stated, in addition to a combination of features that become a type of subject matter belong, also any combination of features is possible, the different Types of invention belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.Further Advantages and features of the present invention will become apparent the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.

1 zeigt eine schematische Schaltung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a schematic circuit for a vehicle according to an embodiment of the invention.

2 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Normalbetrieb einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows an equivalent circuit diagram for a normal operation of a circuit according to an embodiment of the invention.

3 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung mit nicht angeschlossener Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit with not connected voltage source according to an embodiment of the invention.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung mit externer Aufladung der Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit with external charging of the voltage source according to an embodiment of the invention.

5 zeigt eine Schaltung zur Stabilisierung der Netzspannung ohne Sicherungsvorrichtung. 5 shows a circuit for stabilizing the mains voltage without safety device.

6 zeigt die Schaltung von 5 mit Sicherungsvorrichtung. 6 shows the circuit of 5 with safety device.

7 zeigt ebenfalls die Schaltung von 5 mit Sicherungsvorrichtung. 7 also shows the circuit of 5 with safety device.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.The Representations in the figures are schematic and not to scale. Same or similar Components in different figures are given the same reference numerals Mistake.

1 zeigt eine schematische Schaltung für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei weist die Schaltung 100 elektrische Anschlüsse 101 für das Anschließen einer Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie, auf. Des Weiteren weist die Schaltung eine Umschaltvorrichtung 103 auf. Durch die Umschaltvorrichtung kann ein Energiespeicher 102 in Serie mit der Spannungsquelle geschalten werden. Die Umschaltvorrichtung wird durch eine Sicherungsvorrichtung 104 mit Energie versorgt, um sicherzustellen, dass die Umschaltvorrichtung jederzeit aktiv ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Energiespeicher durch falsche Kopplungen innerhalb der Schaltung überladen wird. 1 shows a schematic circuit for a vehicle according to an embodiment of the invention. In this case, the circuit 100 electrical connections 101 for connecting a voltage source, such as a battery. Furthermore, the circuit has a switching device 103 on. By the switching device, an energy storage 102 be connected in series with the voltage source. The switching device is controlled by a safety device 104 energized to ensure that the switching device is active at all times. In this way it can be prevented that the energy storage is overloaded by false couplings within the circuit.

2 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Normalbetrieb einer Schaltung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem System werden Spannungsabfälle an den parasitären Widerständen des Fahrzeugbordnetzes beziehungsweise Versorgungsnetzes im Startaugenblick des Verbrennungsmotors durch einen zusätzlichen Energiespeicher 202 in Serie zur Batterie 201 kompensiert. Dazu braucht man eine Umschalteinrichtung, mit der sich der Energiespeicher zu- bzw. abschalten lässt. Im diesem System besteht diese Umschalteinrichtung aus den Halbleiterschaltern K1 und K2. Die Schaltung weist des Weiteren eine Spannungs- oder Stromquelle 205 auf, die mit der Batterie in Serie geschaltet ist. Durch die Verwendung von MosFets als Halbleiterschalter muss man sicherstellen, dass, wenn die normale Auto-Batterie geladen wird, der Schalter K1 geschlossen ist. Sonst würde der Energiespeicher, beispielsweise ein Doppelschichtkondensator DLC, des Systems durch die Body-Diode des Schalters K2 unkontrolliert auf- und evtl. überladen. Da auch für den K1 MosFets verwendet werden, die man aktiv aufsteuern muss, damit sie leiten, braucht man jederzeit eine Spannungsquelle, um immer den sicheren Zustand herstellen zu können. Die Ladespannung des DLC (max. 5 V) reicht aber nicht aus, um die MosFets komplett durchzuschalten. Dazu ist eine Spannung von min. 6,5 V nötig. 2 shows an equivalent circuit diagram for a normal operation of a circuit 200 according to an embodiment of the invention. In the system, voltage drops to the parasitic resistances of the vehicle electrical system or supply network in the start of the engine by an additional energy storage 202 in series with the battery 201 compensated. This requires a switching device with which the energy storage can be switched on or off. In this system, this switching device consists of the semiconductor switches K1 and K2. The circuit further includes a voltage or current source 205 which is connected in series with the battery. By using MOSFETs as semiconductor switches, one has to make sure that when the normal car battery is charged, the switch K1 is closed. Otherwise, the energy storage, for example, a double-layer capacitor DLC, the system uncontrolled by the body diode of the switch K2 and possibly overcharged. As mosfets are also used for the K1, which you have to actively control to guide them, you always need a voltage source to always be able to establish the safe state. The charging voltage of the DLC (5 V max.) Is not sufficient to fully switch the Mosfets on. For this purpose, a voltage of min. 6.5V necessary.

In der Schaltung von 2 wird die Batterie 201 geladen. Der Schalter K1 ist daher geschlossen. Solange ein Spannungsabfall am Schalter K1, der gleich dem Ladestrom multipliziert mit dem Widerstand Rdson (kleiner als 1 mOhm) von K1 ist, kleiner als eine Spannung (größer als 0,2 V) am Schalter K2 ist, fließt Strom durch den Schalter K1.In the circuit of 2 becomes the battery 201 loaded. The switch K1 is therefore closed. As long as a voltage drop across switch K1 equal to the charging current multiplied by the resistance Rdson (less than 1 mOhm) of K1 is less than a voltage (greater than 0.2V) at switch K2, current flows through switch K1.

3 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung 300 mit nicht angeschlossener Spannungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Schaltung weist zusätzlich zu den Elementen von 2 noch andere Netzkomponenten 306 auf. Wenn die Batterie 301 nicht angeschlossen ist, existiert kein Strompfad durch das System. Eine Überladung des Energiespeichers 302 kann daher nicht auftreten. 3 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit 300 with not connected voltage source according to an embodiment of the invention. This circuit has in addition to the elements of 2 still other network components 306 on. When the battery 301 is not connected, there is no current path through the system. An overload of the energy storage 302 therefore can not occur.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Betrieb einer Schaltung 400 mit externer Aufladung 405 der Spannungsquelle 401 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ersatzschaltbild sind die Schalter K1 und K2 gleichzeitig geöffnet. Wenn der Schalter K1 geöffnet ist, kann der Strom durch die Bodydiode des Schalters K2 und durch den Energiespeicher 402 (DLC) fließen. Dadurch kann der Energiespeicher auf eine Spannung UDLC = Usource – Ubat geladen werden. Wenn das Ergebnis größer als die maximal zulässige Ladespannung des Energiespeichers ist, wird der Energiespeicher überladen und kann zerstört werden. Das Fließen des Stroms durch den Energiespeicher 402 kann nur durch das Schließen des Schalters K1 verhindert werden. Daher muss eine Energieversorgung für K1 sichergestellt werden. 4 shows an equivalent circuit diagram for operation of a circuit 400 with external charging 405 the voltage source 401 according to an embodiment of the invention. In this equivalent circuit, the switches K1 and K2 are opened simultaneously. When the switch K1 is opened, the current through the body diode of the switch K2 and through the energy storage 402 (DLC) flow. As a result, the energy store can be charged to a voltage U DLC = U source - U bat . If the result is greater than the maximum allowable charging voltage of the energy storage, the energy storage is overloaded and can be destroyed. The flow of electricity through the energy storage 402 can only be prevented by closing the switch K1. Therefore, a power supply for K1 must be ensured.

5 zeigt eine Schaltung 500 zur Stabilisierung der Netzspannung ohne Sicherungsvorrichtung. In dieser Schaltung ist zusätzlich zu der Schaltung in 4 gezeigt, dass Verbraucher 506 in dem System vorhanden sind, an denen die Spannungsabfälle auftreten können. Der Schalter K2 ist auch hier in Serie mit dem Energiespeicher beziehungsweise Doppelschichtkondensator 502 angeordnet. Der Schalter K2 kann aus einer Verschaltung mehrerer Transistoren und Verstärker bestehen. Bevorzugt weist K2 mehrere parallelgeschaltete MosFets aufgrund der geforderten Stromtragfähigkeit beziehungsweise der anfallenden Verlustleistung auf. 5 shows a circuit 500 for stabilizing the mains voltage without safety device. In this circuit is in addition to the circuit in 4 shown to consumers 506 are present in the system where the voltage drops can occur. The switch K2 is also here in series with the energy storage or double-layer capacitor 502 arranged. The switch K2 may consist of an interconnection of several transistors and amplifiers. K2 preferably has a plurality of MOSFETs connected in parallel because of the required current carrying capacity or the resulting power loss.

6 zeigt die Schaltung 600 von 5 mit einer Sicherungsvorrichtung 604. Wie beschrieben benötigt der Schalter K1 eine sichergestellte Energieversorgung. Dies kann beispielsweise eine Spannungsquelle sein. Zur Erzeugung dieser Spannungsquelle wird hier eine Ladungspumpe 604 verwendet, die aus dem zu schützenden Energiespeicher (DLC) 602 gespeist wird. Der DLC schützt sich quasi selbst. Eine Ladungspumpe hat für diese Aufgabe ideale Eigenschaften wie niedrige Kosten durch kleinen Bauteileaufwand und niedrige Verlustleistung. Der relativ hochohmige Ausgang reicht zum Versorgen der MosFets des K1 völlig aus. Ebenso die maximale Ausgangsspannung von 2mal der Eingangsspannung. Um den Ruhestrom bei niedriger Ladespannung des DLC- und damit die Selbstentladung- zu senken wird die Ladungspumpe erst ab einer Ladespannung des DLC ca. 0,5 V unterhalb seiner maximal zulässigen Ladespannung aktiviert. Im normalen Betrieb ist die Ladungspumpe auch dann aktiv, wenn die Ladespannung am DLC diese Einschaltschwelle überschreitet. Weil der Ausgang der Schaltung aber so hochohmig ist, wird er von der Steuerungselektronik des Gesamtsystems überstimmt. 6 shows the circuit 600 from 5 with a safety device 604 , As described, the switch K1 requires a secured power supply. This can be for example a voltage source. To generate this voltage source is here a charge pump 604 used from the energy storage (DLC) to be protected 602 is fed. The DLC virtually protects itself. A charge pump has ideal properties for this task, such as low costs due to low component costs and low power loss. The relatively high-impedance output is sufficient for supplying the MosFets of the K1 completely. Likewise the maximum output voltage of 2 times the input voltage. In order to reduce the quiescent current at low charging voltage of the DLC and thus the self-discharge, the charge pump is activated only from a charging voltage of the DLC about 0.5 V below its maximum permissible charging voltage. In normal operation, the charge pump is also active when the charging voltage at the DLC exceeds this switch-on threshold. But because the output of the circuit is so high impedance, it is overruled by the control electronics of the entire system.

7 zeigt ebenfalls die Schaltung 700 von 5 mit Sicherungsvorrichtung. In diesem Fall wird die Sicherungsvorrichtung durch ein Relais 704 gebildet. Wenn das System abgeschaltet ist, ist das Relais geschlossen, so dass der Schalter K1 hochohmig werden kann. Wenn das System aktiviert wird, muss das Relais aktiv abgeschaltet werden. Wenn das System abgeschaltet ist, wird in diesem Fall für den Schalter K1 keiner Energieversorgung benötigt. 7 also shows the circuit 700 from 5 with safety device. In this case, the securing device is replaced by a relay 704 educated. When the system is off, the relay is closed so that the switch K1 can become high impedance. When the system is activated, the relay must be actively switched off. In this case, when the system is off, no power supply is needed for the switch K1.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It It should be noted that the embodiments described herein only a limited Choice of possible variants represent the invention. So it is possible the characteristics of individual embodiments suitably combine with each other, so for the skilled person with the explicit variants here a variety of different embodiments as obvious to be disclosed.

Claims (11)

Schaltung (100) zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, wobei die Schaltung (100) aufweist: • einen elektrischen Anschluss (101), eingerichtet zum Anschließen einer Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Netzspannung; • einen Energiespeicher (102), welcher mit der Spannungsquelle in Serie schaltbar ist; • eine Umschaltvorrichtung (103), die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist, wobei die Umschaltvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass der Energiespeicher (102) in Serie zu der Spannungsquelle zuschaltbar ist, um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und • eine Sicherungsvorrichtung (104), die mit der Umschaltvorrichtung (103) gekoppelt und derart eingerichtet ist, dass die Umschaltvorrichtung (103) mit Energie versorgbar ist, um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern.Circuit ( 100 ) for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, the circuit ( 100 ): • an electrical connection ( 101 ) configured to connect a voltage source for providing a mains voltage; An energy store ( 102 ), which is switchable in series with the voltage source; A switching device ( 103 ), which are connected to the energy store ( 102 ), wherein the switching device ( 103 ) is set up such that the energy store ( 102 ) can be connected in series with the voltage source in order to compensate for voltage drops in the mains voltage in the supply network, and 104 ) connected to the switching device ( 103 ) and is arranged such that the switching device ( 103 ) is to be supplied with energy in order to overcharge the energy store ( 102 ) to prevent. Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Umschaltvorrichtung (103) einen ersten Schalter (K1) und einen zweiten Schalter (K2) aufweist, wobei der erste Schalter (K1) mit der Sicherungsvorrichtung (104) gekoppelt ist.Circuit ( 100 ) according to claim 1, wherein the Switching device ( 103 ) has a first switch (K1) and a second switch (K2), wherein the first switch (K1) with the safety device ( 104 ) is coupled. Schaltung (100) nach Anspruch 2, wobei der erste Schalter (K1) und/oder der zweite Schalter (K2) einen Transistor, insbesondere einen FET, oder integrierten Treiberbaustein aufweisen.Circuit ( 100 ) according to claim 2, wherein the first switch (K1) and / or the second switch (K2) comprise a transistor, in particular a FET, or integrated driver module. Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sicherungsvorrichtung (104) eine Ladungspumpe aufweist, die mit dem Energiespeicher (102) gekoppelt ist.Circuit ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the securing device ( 104 ) has a charge pump connected to the energy storage ( 102 ) is coupled. Schaltung (100) nach Anspruch 4, wobei die Ladungspumpe eingerichtet ist, um ab einem vordefinierten Schwellenspannungswert der Ladespannung aktiviert zu werden.Circuit ( 100 ) according to claim 4, wherein the charge pump is arranged to be activated from a predefined threshold voltage value of the charging voltage. Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Energiespeicher (102) ein Doppelschichtkondensator ist.Circuit ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the energy store ( 102 ) is a double-layer capacitor. Fahrzeug, aufweisend eine Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz des Fahrzeugs.Vehicle having a circuit ( 100 ) according to one of claims 1 to 6 for stabilizing a mains voltage in a supply network of the vehicle. Fahrzeug nach Anspruch 7, das Fahrzeug ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Automobil, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem Zug, einem Luftfahrzeug und einem Schiff.Vehicle according to claim 7, the vehicle selected from a group consisting of an automobile, a passenger car, a truck, a bus, a train, an aircraft and a ship. Verfahren zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz (101), insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen einer Netzspannung; • Zuschalten eines Energiespeichers (102) durch eine Umschaltvorrichtung (103), um Spannungsabfälle der Netzspannung in dem Versorgungsnetz zu kompensieren, und • Versorgen der Umschaltvorrichtung (103) mit Energie durch eine Sicherungsvorrichtung (104), um ein Überladen des Energiespeichers (102) zu verhindern.Method for stabilizing a mains voltage in a supply network ( 101 ), in particular in a supply network of a vehicle, the method comprising: • providing a mains voltage; • Connecting an energy storage device ( 102 ) by a switching device ( 103 ) to compensate for voltage drops of the mains voltage in the supply network, and • supplying the switching device ( 103 ) with energy through a safety device ( 104 ) to overload the energy store ( 102 ) to prevent. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, gespeichert ist, wobei das Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach Anspruch 9 eingerichtet ist.Computer-readable storage medium containing a program for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular stored in a supply network of a vehicle, wherein the program, when executed by a processor, to perform or Controlling the method according to claim 9 is set up. Programm-Element zum Stabilisieren einer Netzspannung in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Versorgungsnetz eines Fahrzeugs, wobei das Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens nach Anspruch 9 eingerichtet ist.Program element for stabilizing a mains voltage in a supply network, in particular in a supply network of a vehicle, being the program element when it comes from a processor accomplished is to carry out or controlling the method according to claim 9.
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