DE102019126929A1

DE102019126929A1 - Electrical network arrangement, power supply device therefor, motor vehicle and operating method for the network arrangement

Info

Publication number: DE102019126929A1
Application number: DE102019126929.6A
Authority: DE
Inventors: André Blum; Berthold Hellenthal
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Netzwerkanordnung (10) mit einem elektrischen Versorgungsnetz (13), welches eine zentrale Versorgungsspannung (15) bereitstellt, und mit zumindest einem Verbraucher (19), der dazu eingerichtet ist, in einem fehlerfreien Betrieb eine Betriebsspannung mit einem vorbestimmten, jedem Verbraucher (19) gemeinsamen Spannungswert und einen Betriebsstrom mit einem jeweiligen vorbestimmten Stromstärkewert zu empfangen. Die Erfindung sieht vor, dass an das Versorgungsnetz (13) eine Netzgerätvorrichtung (16) angeschlossen ist, welche eine steuerbare Wandlerschaltung (17) aufweist, und der zumindest eine Verbraucher (19) und/oder ein Versorgungskabel (20) des Verbrauchers (19) jeweils dazu eingerichtet ist, Bedarfsdaten (24), die den für den Betrieb des Verbrauchers (19) benötigten Spannungswert und Stromstärkewert beschreiben, an die Netzgerätvorrichtung (16) zu signalisieren, und dass eine Steuerschaltung (S) dazu eingerichtet ist, die Wandlerschaltung (17) dazu anzusteuern, an dem Ausgabeanschluss (21) die Ausgabespannung auf den Spannungswerts einzustellen.The invention relates to an electrical network arrangement (10) with an electrical supply network (13) which provides a central supply voltage (15), and with at least one consumer (19) which is set up to provide an operating voltage with a predetermined, to receive a voltage value common to each consumer (19) and an operating current with a respective predetermined current intensity value. The invention provides that a power supply device (16) is connected to the supply network (13), which has a controllable converter circuit (17), and the at least one consumer (19) and / or a supply cable (20) of the consumer (19) is set up in each case to signal demand data (24), which describe the voltage value and current value required for the operation of the consumer (19), to the power supply device (16), and that a control circuit (S) is set up to send the converter circuit (17 ) to control to set the output voltage to the voltage value at the output connection (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Netzwerkanordnung, worunter hier eine Schaltung mit einem zentralen elektrischen Versorgungsnetz und zumindest einem damit gekoppelten elektrischen Verbraucher zu verstehen ist. Der zumindest eine elektrische Verbraucher ist hierbei mit dem Versorgungsnetz indirekt über eine Netzgerätvorrichtung verschaltet. Die Erfindung betrifft auch eine solche Netzgerätvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, die eine Netzwerkanordnung mit einer solchen Netzgerätvorrichtung aufweist. Des Weiteren sieht die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der besagte Netzwerkanordnung vor.The invention relates to a network arrangement, which here is to be understood as a circuit with a central electrical supply network and at least one electrical consumer coupled therewith. The at least one electrical consumer is connected to the supply network indirectly via a power supply device. The invention also relates to such a network device device and a motor vehicle which has a network arrangement with such a network device device. The invention also provides a method for operating said network arrangement.

In einem Kraftfahrzeug entsteht ein erheblicher Schaltungsaufwand dadurch, dass im zentralen elektrischen Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs, dem sogenannten elektrischen Bordnetz, Spannungsschwankungen entstehen können, die in jedem angeschlossenen elektrischen Verbraucher individuell ausgeglichen werden müssen, wenn dieser in einem stabilen Betrieb laufen soll. Ein elektrischer Verbraucher enthält hierzu in der Regel jeweils ein eigenes Netzteil oder eine Versorgungsschaltung, die aus dem Versorgungsnetz die Versorgungsspannung empfängt und in eine stabilisierte Betriebsspannung für den Verbraucher wandelt. Da jeder elektrische Verbraucher individuelle Anforderungen an den Spannungswert seiner Betriebsspannung sowie den Stromstärkewert des benötigten Stromwerts stellt, entsteht eine große Modelldiversität in Bezug auf Netzteile oder Netzgeräte für die unterschiedliche Verbraucher eines Kraftfahrzeugs. Dies steht einer Massenproduktion und damit einer günstigen Produktion entgegen.In a motor vehicle, a considerable amount of circuitry arises from the fact that voltage fluctuations can arise in the central electrical supply network of the motor vehicle, the so-called on-board electrical system, which must be compensated individually in each connected electrical consumer if it is to run in stable operation. For this purpose, an electrical consumer usually contains its own power supply unit or a supply circuit that receives the supply voltage from the supply network and converts it into a stabilized operating voltage for the consumer. Since every electrical consumer has individual requirements for the voltage value of its operating voltage as well as the current value of the required current value, there is a great diversity of models with regard to power supply units or power supply units for the different consumers of a motor vehicle. This stands in the way of mass production and thus cheap production.

Das Problem entsteht aber nicht nur in Kraftfahrzeugen, sondern generell können elektrische und elektronische Verbraucher, insbesondere aus dem Consumer-Bereich, wie beispielsweise Mobilfunkgeräte oder Tablet-PCs, aber auch Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Leuchten oder Fernseher, nur über ein jeweils für das spezifische Gerätemodell vorgesehenes Netzteil oder Netzgerät an ein elektrisches Versorgungsnetz, beispielsweise ein Wechselspannungsnetz mit 230 Volt oder 120 Volt Wechselspannung, angeschlossen werden. Auch hier ist die benötigte Diversität an Netzgerätetypen unerwünscht groß.However, the problem does not only arise in motor vehicles; in general, electrical and electronic loads, in particular from the consumer sector, such as mobile phones or tablet PCs, but also household devices, such as lights or televisions, can only be accessed via one for the specific device model provided power supply unit or power supply unit to an electrical supply network, for example an AC voltage network with 230 volts or 120 volts AC voltage, can be connected. Here, too, the required diversity of power supply types is undesirably great.

Aus der US 2008/0007212 A1 ist bekannt, für mehrere elektronische Kleingeräte, wie beispielsweise eine Tastatur oder eine Computermaus, ein gemeinsames Ladegerät zum Aufladen des jeweiligen Akkus des Kleingeräts bereitzustellen. Ein Benutzer kann in das Ladegerät mehrere Ladeprofile abspeichern, jeweils eines pro Kleingerät, so dass immer dann, wenn eines der Kleingeräte angeschlossen ist und über einen RFID-Tag identifiziert worden ist, das passende Ladeprofil angewendet werden kann. Ein Benutzer muss somit aber sicherstellen, dass das Ladegerät das korrekte Ladeprofil gespeichert hat, wenn ein Kleingerät angeschlossen wird.From the US 2008/0007212 A1 It is known to provide a common charger for charging the respective battery of the small device for several small electronic devices, such as a keyboard or a computer mouse. A user can save several charging profiles in the charger, one for each small device, so that whenever one of the small devices is connected and identified via an RFID tag, the appropriate charging profile can be used. A user must therefore ensure that the charger has saved the correct charging profile when a small device is connected.

Aus der US 7,224,086 B2 ist bekannt, dass für ein elektronisches Gerät, wie beispielsweise ein Smartphone, eine Tragetasche bereitgestellt werden kann, in die auch ein Netzladegerät integriert ist. Das Netzladegerät ist derart ausgelegt, dass es für alle in der Tragetasche unterzubringenden Ladegeräte funktioniert. Mittels Schaltern kann zwischen unterschiedlichen Ladespannungen umgeschaltet werden. Hierzu muss ein Benutzer aber einen Auswahlschalter bedienen, was zu einer Fehlbedienung führen kann, die mittels einer Zehner-Diode kompensiert werden muss.From the US 7,224,086 B2 it is known that a carrying case can be provided for an electronic device, such as a smartphone, for example, in which a mains charger is also integrated. The mains charger is designed in such a way that it works for all chargers that can be accommodated in the carrying case. Switches can be used to switch between different charging voltages. To do this, however, a user has to operate a selection switch, which can lead to incorrect operation that has to be compensated for by means of a Zener diode.

Aus der US 9,059,590 B2 ist bekannt, dass ein Batterieladegerät mehrere unterschiedliche Batterietypen aufladen kann, wobei jeder an das Ladegerät angeschlossene Batterietyp mittels eines RFID-Tags identifiziert wird. Die hierzu notwendige Antenne ist in den Anschlussstecker integriert, der in die jeweilige Batterie gesteckt wird. Dies ermöglicht es, für unterschiedliche Batterietypen jeweils ein individuelles Ladeprofil bereitzustellen.From the US 9,059,590 B2 it is known that a battery charger can charge several different types of batteries, each type of battery connected to the charger being identified by means of an RFID tag. The antenna required for this is integrated in the connector plug that is plugged into the respective battery. This makes it possible to provide an individual charging profile for different battery types.

Aus dem Stand der Technik geht nicht hervor, wie ohne aufwendige Vorbereitung durch einen Benutzer elektronische Geräte an einem einheitlichen Typ von Netzgerät betrieben werden können.The prior art does not reveal how electronic devices can be operated on a uniform type of power supply unit without extensive preparation by a user.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den schaltungstechnischen Aufwand, der zum Betrieb von elektrischen Verbrauchern an einem Versorgungsnetz für die Spannungsanpassung betrieben werden muss, gering zu halten.The invention is based on the object of keeping the circuitry complexity that has to be operated for the operation of electrical consumers on a supply network for voltage adjustment low.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine elektrische Netzwerkanordnung bereitgestellt, die ein elektrisches Versorgungsnetz, zumindest einen Verbraucher sowie ein Netzgerät für den zumindest einen Verbraucher umfasst. Das Netzgerät ist im Folgenden allgemein als Netzgerätvorrichtung bezeichnet.The invention provides an electrical network arrangement which comprises an electrical supply network, at least one consumer and a power supply unit for the at least one consumer. The power supply unit is generally referred to below as a power supply unit.

Das elektrische Versorgungsnetz stellt eine zentrale Versorgungsspannung bereit. In einem Kraftfahrzeug kann ein solches Versorgungsnetz beispielsweise das an sich bekannte elektrische Bordnetz sein, das eine Versorgungspannung mit einem Nennwert von z.B. 12 V, 24 V oder 48V aufweisen kann. Bei dem Versorgungsnetz kann es sich aber auch um ein Wechselspannungsnetz handeln, beispielsweise ein 230 Volt-Stromnetz für die Versorgung von Haushalten oder ein 120 Volt-Stromnetz (z.B. für die amerikanische Region). In einer Industrieanlage kann eine Versorgungsnetz beispielsweise durch Stromschienen bereitgestellt sein, die in zumindest einer Industriehalle verlegt sein können.The electrical supply network provides a central supply voltage. In a motor vehicle, such a supply network can, for example, be the on-board electrical system known per se, which can have a supply voltage with a nominal value of, for example, 12 V, 24 V or 48V. The supply network can also be an AC voltage network, for example a 230 volt power grid for the supply of households or a 120 volt power grid (e.g. for the American region). In an industrial plant, a supply network can be provided, for example, by busbars that can be laid in at least one industrial hall.

Der zumindest eine Verbraucher ist dazu eingerichtet, in einem fehlerfreien Betrieb, wenn also beispielsweise kein innerer Kurzschluss und/oder kein Ausfall einer Komponente des Verbrauchers vorliegt, eine Betriebsspannung mit einem vorbestimmten, jedem Verbraucher gemeinsamen Spannungswert und einen Betriebsstrom mit einem jeweiligen vorbestimmten Stromstärkewert zu empfangen und für seine Energieversorgung im Betrieb zu nutzen.The at least one consumer is set up to receive an operating voltage with a predetermined voltage value common to each consumer and an operating current with a respective predetermined current value in error-free operation, for example when there is no internal short circuit and / or no failure of a component of the consumer and to use it for its energy supply in operation.

Um den zumindest einen Verbraucher mit dem Versorgungsnetz zu koppeln, ist erfindungsgemäß in der Netzwerkanordnung an das Versorgungsnetzwerk eine Netzgerätvorrichtung angeschlossen, welche eine steuerbare Wandlerschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, über einen Eingangsanschluss die Versorgungsspannung aus dem Versorgungsnetz zu empfangen und an einem Ausgabeanschluss eine gewandelte Ausgabespannung zu erzeugen. Mit anderen Worten ist das Netzgerät oder die Netzgerätvorrichtung dahingehend variabel oder steuerbar, dass an seinem Ausgabeanschluss eine einstellbare oder veränderbare Ausgabespannung mittels einer Wandlerschaltung erzeugt werden kann. Eine solche Wandlerschaltung kann zumindest einen Schaltwandler und/oder zumindest einen Stromrichter vorsehen.In order to couple the at least one consumer to the supply network, according to the invention a network device device is connected to the supply network in the network arrangement, which has a controllable converter circuit which is set up to receive the supply voltage from the supply network via an input connection and a converted one at an output connection To generate output voltage. In other words, the power supply unit or the power supply device device is variable or controllable in such a way that an adjustable or changeable output voltage can be generated at its output connection by means of a converter circuit. Such a converter circuit can provide at least one switching converter and / or at least one power converter.

An den Ausgabeanschluss der Netzgerätvorrichtung ist ein Versorgungskabel angeschlossen, über welches der zumindest eine Verbraucher an den Ausgabeanschluss angeschlossen ist. Durch das Versorgungskabel ergibt sich, dass die Netzgerätvorrichtung einerseits und der zumindest eine Verbraucher andererseits zwei unterschiedliche Geräte sind. Es handelt sich bei der Netzgerätvorrichtung also nicht um ein integriertes Netzteil, das in einen elektrischen Verbraucher integriert ist.A supply cable via which the at least one consumer is connected to the output connection is connected to the output connection of the power supply device. The supply cable means that the power supply device on the one hand and the at least one consumer on the other hand are two different devices. The power supply device is therefore not an integrated power supply unit that is integrated into an electrical consumer.

Die Erfindung geht also davon aus, dass an der Netzgerätvorrichtung der zumindest eine Verbraucher bei der Betriebsspannung mit dem besagten Spannungswert betrieben werden soll. Sind mehrere Verbraucher vorgesehen, so sind diese in der Weise ausgelegt, dass sie denselben Spannungswert für ihren Betrieb benötigen und daher gemeinsam durch die Netzgerätvorrichtung über das Versorgungskabel versorgt werden können. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist bei der Betriebsspannung insbesondere eine Gleichspannung (DC-Spannung, DC - durating current) zu versehen, es kann aber auch eine Wechselspannung als Betriebsspannung vorgesehen sein. Die Betriebsspannung ist insbesondere eine sogenannte Niedervolt-Spannung, also eine elektrische Spannung mit einem DC-Spannungswert kleiner als 60 Volt. Bei dem zumindest einen Verbraucher handelt es sich bevorzugt um ein elektrisches und/oder elektronisches Gerät, das eine elektrische Leistung in einem Bereich von 0,5 Watt bis 1 Kilowatt für den Betrieb benötigt. Der Verbraucher stellt im Betrieb eine Funktionalität bereit, ist also nicht nur zum Aufladen seines integrierten Energiespeichers an der Netzgerätvorrichtung angeschlossen. Ein Verbraucher kann beispielsweise als eine Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder als ein elektronisches Gerät, beispielsweise als Smartphone oder Laptop oder Fernseher, ausgelegt sein.The invention is based on the assumption that the at least one consumer on the power supply device is to be operated at the operating voltage with the said voltage value. If several consumers are provided, they are designed in such a way that they require the same voltage value for their operation and can therefore be supplied jointly by the power supply device via the supply cable. In connection with the invention, in particular a direct voltage (DC voltage, DC - durating current) is to be provided for the operating voltage, but an alternating voltage can also be provided as the operating voltage. The operating voltage is in particular a so-called low-voltage voltage, that is to say an electrical voltage with a DC voltage value of less than 60 volts. The at least one consumer is preferably an electrical and / or electronic device that requires electrical power in a range from 0.5 watt to 1 kilowatt for operation. The consumer provides functionality during operation, so it is not only connected to the power supply device for charging its integrated energy store. A consumer can be designed, for example, as a control device of a motor vehicle or as an electronic device, for example as a smartphone or laptop or television.

Die Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung ist dazu eingerichtet, zu einem Beginn des jeweiligen Betriebs des zumindest einen Verbrauchers, wenn also der zumindest eine Verbraucher in Betrieb genommen oder eingeschaltet wird, durch Ansteuern der Wandlerschaltung eine Ausgabespannung mit einem vorbestimmten Minimalspannungswert an dem Ausgabeanschluss der Netzgerätvorrichtung bereitzustellen. An dem Ausgabeanschluss wird also zunächst ein vorbestimmter minimaler Spannungswert eingestellt, der bevorzugt nur so groß ist, dass kein angeschlossener Verbraucher beschädigt wird. Es kann sich bei dem Minimalspannungswert um den kleinsten vorgesehenen Spannungswert der Ausgabespannung handeln, beispielsweise um einen Spannungswert im Bereich von 0,5 Volt bis 5 Volt.The control circuit of the power supply device is set up to provide an output voltage with a predetermined minimum voltage value at the output connection of the power supply device at the beginning of the respective operation of the at least one consumer, i.e. when the at least one consumer is put into operation or switched on. A predetermined minimum voltage value is therefore initially set at the output connection, which is preferably only so high that no connected consumer is damaged. The minimum voltage value can be the smallest provided voltage value of the output voltage, for example a voltage value in the range from 0.5 volts to 5 volts.

Somit kann mittels der Minimalspannung Energie für eine initiale Betriebsphase des zumindest einen Verbrauchers bereitgestellt werden. Der zumindest eine Verbraucher kann also die Minimalspannung nutzen, um eine initiale Betriebsphase durchzuführen. Der zumindest eine Verbraucher ist jeweils dazu eingerichtet, bei Empfang der Minimalspannung Bedarfsdaten, die den für seinen eigentlichen Betrieb benötigten Spannungswert und Stromstärkewert beschreiben, an die Netzgerätvorrichtung zu signalisieren, der eigentliche Betrieb ist der Normalbetrieb zum Bereitstellen der Funktionalität des Verbrauchers. Mit anderen Worten kann der zumindest eine Verbraucher die Ausgabespannung mit dem Minimalspannungswert dazu nutzen, in der initialen Betriebsphase die Bedarfsdaten an die Netzgerätvorrichtung zu signalisieren. Der jeweilige Verbraucher kann hierzu eine integrierte Sendeschaltung aufweist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in das Versorgungskabel eine Sendeschaltung integriert sein und die Bedarfsdaten für den zumindest einen Verbraucher können in dem Versorgungskabel gespeichert sein. Dann kann pro Verbrauchertyp ein passender Kabeltyp eines Versorgungskabels (z.B. 5 V / 7 A) vorgesehen sein.Energy can thus be provided for an initial operating phase of the at least one consumer by means of the minimum voltage. The at least one consumer can therefore use the minimum voltage to carry out an initial operating phase. The at least one consumer is each set up to signal demand data describing the voltage value and current value required for its actual operation to the power supply device upon receipt of the minimum voltage; the actual operation is normal operation for providing the functionality of the consumer. In other words, the at least one consumer can use the output voltage with the minimum voltage value to signal the demand data to the power supply device in the initial operating phase. The respective consumer can have an integrated transmission circuit for this purpose. Additionally or alternatively, a transmission circuit can be integrated into the supply cable and the demand data for the at least one consumer can be stored in the supply cable. A suitable type of supply cable (e.g. 5 V / 7 A) can then be provided for each type of consumer.

Die Netzgerätvorrichtung weist eine Kommunikationsschaltung auf, die dazu eingerichtet, aus dem zumindest einen Verbraucher und/oder dem Versorgungskabel die jeweiligen Bedarfsdaten des Verbrauchers zu empfangen. Somit ist also in der Netzgerätvorrichtung bekannt, welcher Spannungswert und welcher Stromstärkewert von dem zumindest einen Verbraucher jeweils für dessen fehlerfreien Betrieb erwartet wird. Die Steuerschaltung ist nun weiter dazu eingerichtet, die Wandlerschaltung dazu anzusteuern, an dem Ausgabeanschluss die Ausgabespannung derart anzupassen, dass sich an dem zumindest einen Verbraucher derjenige Spannungswert ergibt, der durch die Bedarfsdaten vorgegeben ist, und zudem an dem Ausgabeanschluss ein Gesamtstrom ausgegeben wird, der durch die Bedarfsdaten des zumindest einen Verbrauchers insgesamt vorgegeben ist. Der Gesamtstrom entspricht also der Summe der benötigten Betriebsströme jedes angeschlossenen Verbrauchers. Somit wird also jedem angeschlossenen Verbraucher in dem Versorgungskabel die Versorgungsspannung mit dem benötigten Spannungswert bereitgestellt und der Gesamtstrom im Versorgungskabel entspricht der Summe der Stromwerte der Betriebsströme des zumindest einen Verbrauchers.The power supply device has a communication circuit which is set up to do so the at least one consumer and / or the supply cable to receive the respective demand data of the consumer. It is thus known in the power supply device which voltage value and which current intensity value is expected from the at least one consumer in each case for its error-free operation. The control circuit is now further set up to control the converter circuit to adapt the output voltage at the output connection in such a way that the voltage value that is specified by the demand data is obtained at the at least one consumer, and a total current is output at the output connection which is predetermined overall by the demand data of the at least one consumer. The total current therefore corresponds to the sum of the required operating currents for each connected consumer. Thus, the supply voltage with the required voltage value is provided to each connected consumer in the supply cable and the total current in the supply cable corresponds to the sum of the current values of the operating currents of the at least one consumer.

Somit wird also insgesamt durch die Bedarfsdaten aus dem zumindest einen Verbraucher und/oder dem Versorgungskabel die Netzgerätvorrichtung dahingehend automatisiert konfiguriert, dass an deren Ausgabeanschluss eine Ausgabespannung erzeugt wird, mittels welcher in dem Versorgungskabel für jeden angeschlossenen Verbraucher der benötigte Spannungswert bereitgestellt wird und jeder Verbraucher den benötigten Stromwert an Betriebsstrom für seinen Betrieb (Normalbetrieb) entnehmen kann.Thus, overall, through the demand data from the at least one consumer and / or the supply cable, the power supply device is automatically configured in such a way that an output voltage is generated at its output connection, by means of which the required voltage value is provided in the supply cable for each connected consumer and each consumer the required current value of operating current for its operation (normal operation).

Somit ist also durch einen Benutzer kein aufwendiger Abstimmungs- oder Konfigurationsprozess notwendig, um den zumindest einen Verbraucher an dem Versorgungsnetz zu betreiben. Stattdessen ist eine konfigurierbare oder programmierbare Spannungsquelle in Form der Netzgerätvorrichtung bereitgestellt, die für den zumindest einen Verbraucher (also einen einzelnen Verbraucher oder mehrere Verbraucher, welche eine Versorgungsspannung mit demselben Spannungswert benötigen) den benötigten Gesamtstrom bereitstellt. Der zumindest eine Verbraucher benötigt somit selbst kein aufwändiges Netzteil mehr. Zudem kann ein und dieselbe Netzgerätvorrichtung nacheinander für elektrische Verbraucher verwendet werden, die bei einer Versorgungspannung mit unterschiedlichen Spannungswerten betrieben werden müssen.Thus, a user does not need a complex coordination or configuration process in order to operate the at least one consumer on the supply network. Instead, a configurable or programmable voltage source in the form of the power supply device is provided, which provides the required total current for the at least one consumer (that is, a single consumer or several consumers that require a supply voltage with the same voltage value). The at least one consumer thus no longer requires an expensive power supply unit. In addition, one and the same power supply device can be used one after the other for electrical loads that have to be operated with different voltage values at a supply voltage.

Bei der erfindungsgemäßen Netzwerkanordnung kann also ein Verbraucher oder es können mehrere Verbraucher über ein Versorgungskabel mit der Netzgerätvorrichtung verschaltet werden, die dann zu Beginn des Betriebs beim Einschalten den zumindest einen Verbraucher mit einem Mindestspannungswert (Minimalspannung) versorgt, damit der zumindest eine Verbraucher und/oder das Versorgungskabel die Bedarfsdaten des zumindest einen Verbrauchers signalisieren kann. Daraufhin werden dann automatisiert in der Netzgerätvorrichtung der für den Betrieb des zumindest einen Verbrauchers benötigte Spannungswert und Stromstärkewert in der Wandlerschaltung auf Basis der Bedarfsdaten eingestellt. Damit lässt sich der zumindest eine Verbraucher ohne eine Gefahr für eine Beschädigung über die Netzgerätvorrichtung an dem Versorgungsnetz betreiben - und zwar ohne dass hierzu ein Zutun eines Benutzers zur Konfiguration der Netzgerätvorrichtung notwendig ist.In the network arrangement according to the invention, a consumer or several consumers can be connected to the power supply device via a supply cable, which then supplies the at least one consumer with a minimum voltage value (minimum voltage) at the start of operation when switching on, so that the at least one consumer and / or the supply cable can signal the demand data of the at least one consumer. The voltage value and current value required for the operation of the at least one consumer are then automatically set in the converter circuit on the basis of the demand data in the power supply device. In this way, the at least one consumer can be operated on the supply network via the power supply device without any risk of damage - and without the need for any action on the part of a user to configure the power supply device.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also encompasses embodiments which result in additional advantages.

In einer Ausführungsform ist der zumindest eine Verbraucher dazu eingerichtet, einen Ist-Spannungswert der bei ihm über das Versorgungskabel eintreffenden Betriebsspannung zu ermitteln und Messdaten, welche den Ist-Spannungswert angeben oder beschreiben, an die Netzgerätvorrichtung auszusenden. Nachdem also auf Grundlage der ausgesendeten Bedarfsdaten die Netzgerätvorrichtung die Ausgabespannung eingestellt hat, überprüft der zumindest eine Verbraucher mittels einer Messschaltung, welcher Ist-Spannungswert über das Versorgungskabel tatsächlich bei ihm eintrifft. Es kann sich hierbei nämlich eine Diskrepanz oder ein Unterschied zu der Ausgabespannung am Ausgabeanschluss ergeben, wenn in dem Versorgungskabel elektrische Verluste anfallen, durch welche der Spannungswert sinkt. Die Netzgerätvorrichtung kann die Betriebsspannung für den zumindest einen Verbraucher nachregeln und hierzu die Messdaten mittels ihrer Kommunikationsschaltung empfangen. Die Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung ist dazu eingerichtet, durch das Ansteuern der Wandlerschaltung den in den Messdaten angegebenen Ist-Spannungswert an den in den Bedarfsdaten vorgegebenen Spannungswert anzugleichen. Es wird als der Unterschiedswert zwischen dem Ist-Spannungswert und dem in den Bedarfsdaten angegebenen Spannungswert (Soll-Spannungswert) ermittelt und die Wandlerschaltung in Abhängigkeit von dem Unterschiedswert angesteuert, um den Unterschiedswert auf 0 einzuregeln. Hierdurch wird also ein Spannungsabfall, wie er sich durch Verluste in dem Versorgungskabel ergeben kann, durch die Netzgerätvorrichtung kompensiert. Ist beispielsweise in den Bedarfsdaten angegeben, dass ein Verbraucher einen Spannungswert von 5 Volt benötigt oder erwartet und wird dann als Ausgabespannung 5 Volt eingestellt, so kann sich aufgrund eines Kabelverlustes (elektrische Verluste im Versorgungskabel) an dem Verbraucher eine Versorgungsspannung von 4,8 Volt einstellen, um nur einen Beispielswert zu nennen. Wird dieser Ist-Spannungswert dann mittels der Messdaten in die Netzgerätvorrichtung gemeldet, so kann diese die Ausgabespannung vergrößern, so dass sich auch beim Verbraucher ein größerer Ist-Spannungswert einstellt, beispielsweise die geforderten 5 Volt. Durch erneutes oder wiederholtes Erfassen des Ist-Spannungswerts und Senden der Messdaten kann hierdurch eine Spannungsregelung für den zumindest einen Verbraucher implementiert werden. In one embodiment, the at least one consumer is set up to determine an actual voltage value of the operating voltage arriving at it via the supply cable and to send measurement data indicating or describing the actual voltage value to the power supply device. After the power supply device has set the output voltage on the basis of the demand data sent, the at least one consumer uses a measuring circuit to check which actual voltage value actually arrives at it via the supply cable. This is because a discrepancy or a difference to the output voltage at the output connection can result if electrical losses occur in the supply cable, which cause the voltage value to drop. The power supply device can readjust the operating voltage for the at least one consumer and, for this purpose, receive the measurement data by means of its communication circuit. The control circuit of the power supply device is set up to match the actual voltage value specified in the measurement data to the voltage value specified in the demand data by activating the converter circuit. It is determined as the difference value between the actual voltage value and the voltage value specified in the demand data (setpoint voltage value) and the converter circuit is activated as a function of the difference value in order to set the difference value to 0. In this way, a voltage drop, such as can result from losses in the supply cable, is compensated for by the power supply device. If, for example, it is stated in the demand data that a consumer needs or expects a voltage value of 5 volts and if 5 volts is then set as the output voltage, a supply voltage of 4.8 volts can arise on the consumer due to a cable loss (electrical losses in the supply cable) , to name just one example value. If this actual voltage value is then entered into the Reported power supply device, it can increase the output voltage, so that a higher actual voltage value is also set at the consumer, for example the required 5 volts. By means of renewed or repeated acquisition of the actual voltage value and transmission of the measurement data, voltage regulation can be implemented for the at least one consumer.

Somit ergibt sich der Vorteil, dass in dem zumindest einen Verbraucher keine oder nur eine im Vergleich zur technischen Ausstattung der Netzgerätvorrichtung primitivere oder einfachere Spannungsstabilisierung implementiert sein muss. Dies macht die Herstellung des Verbrauchers kostengünstiger.This results in the advantage that no voltage stabilization, or only a voltage stabilization that is more primitive or simpler compared to the technical equipment of the power supply device, has to be implemented in the at least one consumer. This makes it more cost effective to manufacture for the consumer.

In einer Ausführungsform ist die Wandlerschaltung der Netzgerätvorrichtung dazu eingerichtet, mittels einer Stromstärkeregelung den Gesamtstrom nach oben hin (also zu betragsmäßig größeren Stromstärkewerten hin) auf den besagten Gesamtstromwert zu begrenzen. Eine hierfür verwendete Stromstärkeregelung kann beispielsweise auf der Basis eines Schaltwandlers und/oder einer Pulsweitenmodulation implementiert werden, wobei jeweils ein Ist-Stromstärkewert des Gesamtstroms in der Netzgerätvorrichtung überwacht oder gemessen werden kann. Kommt es nun in einem der Verbraucher beispielsweise zu einem Kurzschluss, so führt dies nicht dazu, dass in dem Versorgungskabel ein Kurzschlussstrom fließt, der größer als der Gesamtstromwert ist. Stattdessen erhält der zumindest eine Verbraucher immer genau maximal denjenigen Stromstärkewert, der mittels der Bedarfsdaten signalisiert worden ist. Somit bleibt ein Fehler in dem zumindest einen Verbraucher rückwirkungsfrei in Bezug auf das Versorgungsnetz, da ein Kurzschluss oder Lichtbogen-Strom nicht über die Netzgerätvorrichtung hinaus in das Versorgungsnetz übertragen wird oder dieses belastet. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zumindest eine Verbraucher ausschließlich über die Netzgerätvorrichtung mit dem Versorgungsnetz verschaltet oder gekoppelt ist, so dass der zumindest eine Verbraucher keinen Einfluss auf das Versorgungsnetz hat, der nicht durch die Netzgerätvorrichtung gesteuert oder kontrolliert ist.In one embodiment, the converter circuit of the power supply device is set up to limit the total current upwards (that is to say towards greater current values in terms of magnitude) to said total current value by means of a current intensity control. A current intensity control used for this can be implemented, for example, on the basis of a switching converter and / or a pulse width modulation, in which case an actual current intensity value of the total current in the power supply device can be monitored or measured in each case. If a short circuit now occurs in one of the loads, for example, this does not result in a short-circuit current flowing in the supply cable that is greater than the total current value. Instead, the at least one consumer always receives the maximum current value that has been signaled by means of the demand data. Thus, a fault in the at least one consumer remains free of feedback in relation to the supply network, since a short circuit or arc current is not transmitted via the power supply device into the supply network or loads it. In particular, it is provided according to the invention that the at least one consumer is connected or coupled to the supply network exclusively via the power supply device, so that the at least one consumer has no influence on the supply network that is not controlled or monitored by the power supply device.

In einer Ausführungsform weist die Netzgerätvorrichtung eine Messschaltung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Leistungswert einer von dem zumindest einen Verbraucher in dem Versorgungskabel angeforderten tatsächlichen elektrischen Leistung zu erfassen. Der Leistungswert kann die tatsächliche elektrische Leistung selbst beschreiben oder eine Angabe darüber sein, ob die tatsächlich aufgenommene elektrische Leistung größer als ein Schwellenwert ist. Beispielsweise kann dies dadurch überprüft werden, ob die besagte Stromstärkeregelung eine Strombegrenzung durchführt, das heißt den Stromstärkewert des Gesamtstroms aktiv begrenzt. Dies ist ein Hinweis darauf, dass zumindest ein Verbraucher mehr elektrische Leistung aufnehmen würde, wenn der Gesamtstrom nicht begrenzt wäre. Die Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung ist dazu eingerichtet, mittels einer vorbestimmten Plausibilisierungsfunktion den Leistungswert mit den empfangenen Bedarfsdaten zu vergleichen und für den Fall, dass der Leistungswert bezüglich der Bedarfsdaten ein vorbestimmtes Abweichkriterium erfüllt, eine vorbestimmte Sicherungsmaßnahme für den Ausgabeanschluss auszulösen. Die Steuerschaltung überprüft also, ob der Leistungswert für einen fehlerfreien Betrieb des zumindest einen Verbrauchers erwartet werden kann. Dies wird durch die Plausibilisierungsfunktion definiert, die ein Fachmann entsprechend auslegen oder ausgestalten kann. Beispielsweise kann durch die Plausibilisierungsfunktion ein Toleranzintervall für den Leistungswert definiert werden. Das Toleranzintervall kann beispielsweise ausgehend von einem Soll-Leistungswert definiert sein, der aus der durch die Bedarfsdaten beschriebenen Betriebsspannung und dem Betriebsstrom berechnet werden kann. Die Plausibilisierungsfunktion kann beispielsweise eine Abweichung von dem Soll-Leistungswert in einem Bereich von 1 Watt bis 100 Watt zulassen, insbesondere für einen vorbestimmten Höchstzeitraum (z.B. in einem Bereich von 10 Sekunden bis 10 Minuten), um beispielsweise auch Leistungsspitzen zu tolerieren oder eine Fehlauslösung bei Leistungsspitzen zu vermeiden. Für den Fall, dass der Leistungswert dennoch ein vorbestimmtes Abweichkriterium erfüllt, also beispielsweise außerhalb des beschriebenen Toleranzbereichs liegt, wird die Sicherungsmaßnahme ausgelöst, die beispielsweise das Abschalten des Gesamtstroms am Ausgabeanschluss vorsehen kann. Somit kann also von der Netzgerätvorrichtung aus geprüft oder getestet werden, ob der Betrieb des zumindest einen Verbrauchers plausibel ist. Liegt ein Defekt im Verbraucher vor und ist deshalb das Abweichkriterium verletzt, so kann der Ausgabeanschluss beispielsweise abgeschaltet oder eine andere Sicherungsmaßnahme zusätzlich oder alternativ ausgelöst werden. Da kein Verbraucher direkten Zugang zum Versorgungsnetz hat, bleibt somit bei einem Fehler dieser rückwirkungsfrei in Bezug auf das Versorgungsnetz.In one embodiment, the power supply device has a measuring circuit which is set up to detect a power value of an actual electrical power requested by the at least one consumer in the supply cable. The power value can describe the actual electrical power itself or it can be an indication of whether the electrical power actually consumed is greater than a threshold value. For example, this can be checked by whether the said current intensity regulation is performing a current limitation, that is to say actively limiting the current intensity value of the total current. This is an indication that at least one consumer would consume more electrical power if the total current were not limited. The control circuit of the power supply device is set up to use a predetermined plausibility function to compare the power value with the received demand data and, in the event that the power value meets a predetermined deviation criterion with respect to the demand data, to trigger a predetermined safety measure for the output connection. The control circuit therefore checks whether the power value can be expected for error-free operation of the at least one consumer. This is defined by the plausibility check function, which a person skilled in the art can interpret or configure accordingly. For example, the plausibility function can be used to define a tolerance interval for the power value. The tolerance interval can, for example, be defined on the basis of a target power value that can be calculated from the operating voltage and the operating current described by the demand data. The plausibility check function can, for example, allow a deviation from the target power value in a range from 1 watt to 100 watt, in particular for a predetermined maximum period (e.g. in a range from 10 seconds to 10 minutes), for example to also tolerate power peaks or false triggering To avoid power peaks. In the event that the power value nevertheless fulfills a predetermined deviation criterion, that is to say, for example, lies outside the tolerance range described, the safety measure is triggered, which can for example provide for the total current to be switched off at the output connection. It can thus be checked or tested from the power supply device whether the operation of the at least one consumer is plausible. If there is a defect in the consumer and the deviation criterion is therefore violated, the output connection can, for example, be switched off or another safety measure can be triggered in addition or as an alternative. Since no consumer has direct access to the supply network, this means that in the event of a fault, this does not affect the supply network.

In einer Ausführungsform ist die besagte Kommunikationseinrichtung der Netzgerätvorrichtung dazu eingerichtet, Schaltdaten aus einer Energiemanagementschaltung des Versorgungsnetzes zu empfangen. Eine solche Energiemanagementschaltung kann eine Logik vorsehen, zu welchem Zeitpunkt welcher elektrische Verbraucher eingeschaltet und zu welchem Zeitpunkt er abgeschaltet sein soll. Für den zumindest einen Verbraucher, der über die Netzgerätvorrichtung an dem Versorgungsnetz angeschlossen ist, kann eine gemeinsame Aktivphase (eingeschaltet) und eine gemeinsame Ruhephase (ausgeschaltet) durch die Energiemanagementvorrichtung mittels der Schaltdaten beschrieben sein. Die Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung ist dazu eingerichtet, für den Fall, dass die Schaltdaten eine Ruhephase des zumindest einen Verbrauchers vorgeben, durch Ansteuern der Wandlerschaltung eine Abgabe von elektrischer Energie an den Ausgabeanschluss, also in das Versorgungskabel hinein, zu unterbrechen oder abzuschalten. Somit wird also der zumindest eine Verbraucher elektrisch abgeschaltet. Der zumindest eine Verbraucher muss hierzu selbst keine Schaltlogik aufweisen. Für den Fall, dass die Schaltdaten eine Aktivphase des zumindest einen Verbrauchers vorgeben, ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, durch Ansteuern der Wandlerschaltung die Abgabe von elektrischer Energie an dem Ausgabeanschluss einzuschalten. Damit wird also der zumindest eine Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt. Insgesamt erfolgt also das Schalten des zumindest einen Verbrauchers extern durch die Netzgerätvorrichtung . Damit muss in dem zumindest einen Verbraucher keine spezifische Schaltungstechnik hierfür vorgesehen werden. Zudem kann sichergestellt werden, dass selbst bei einem Softwarefehler des zumindest einen Verbrauchers dieser sicher abgeschaltet wird.In one embodiment, said communication device of the power supply device is set up to receive switching data from an energy management circuit of the supply network. Such an energy management circuit can provide logic as to which electrical consumer should be switched on at which point in time and at what point in time it should be switched off. A common active phase (switched on) and a common Rest phase (switched off) be described by the energy management device by means of the switching data. The control circuit of the power supply device is set up to interrupt or switch off a delivery of electrical energy to the output connection, i.e. into the supply cable, in the event that the switching data specify a resting phase of the at least one consumer by activating the converter circuit. Thus, the at least one consumer is switched off electrically. The at least one consumer does not have to have any switching logic for this purpose. In the event that the switching data specify an active phase of the at least one consumer, the control circuit is set up to switch on the output of electrical energy at the output connection by activating the converter circuit. The at least one consumer is thus supplied with electrical energy. Overall, the switching of the at least one consumer takes place externally by the power supply device. This means that no specific circuit technology has to be provided for this in the at least one consumer. In addition, it can be ensured that even in the event of a software error in the at least one consumer, the latter is safely switched off.

In einer Ausführungsform ist das Versorgungskabel für eine nachträgliche Verdrahtung des zumindest einen Verbrauchers mit dem Netzgerät ausgestaltet. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft bei der Nutzung der Erfindung im Rahmen von elektrischen Verbrauchern außerhalb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Nutzung im Zusammenhang mit elektrischen Verbrauchern, die als mobiles Endgerät (zum Beispiel als Smartphone oder Tablet-PC) oder als Haushaltsgerät (beispielsweise als Leuchte oder Telefon) ausgestaltet sind. Das Versorgungskabel ist mit dem zumindest einen Verbraucher und/oder mit dem Ausgabeanschluss der Netzgerätvorrichtung über eine zerstörungsfreie reversibel lösbare Steckverbindung verbunden. Mit anderen Worten kann also das Versorgungskabel zumindest auf einer Seite oder an einem Ende, beispielsweise der Netzgerätvorrichtung und/oder dem zumindest einen Verbraucher, abwechselnd ein- und ausgesteckt werden. In das Versorgungskabel ist eine Sendeschaltung integriert, welche dazu eingerichtet ist, an die Kommunikationsschaltung der Netzgerätvorrichtung Tragfähigkeitsdaten zu senden. Diese Tragfähigkeitsdaten geben eine maximale Tragfähigkeit des Versorgungskabels in Bezug auf eine Stromstärke und/oder Spannungsstärke an. Das Versorgungskabel signalisiert also selbsttätig mittels seiner Sendeschaltung, welchen maximalen elektrischen Strom und/oder welche maximale elektrische Spannung es übertragen kann. Dies wird als Tragfähigkeit bezeichnet. Die Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung ist dazu eingerichtet, den besagten Gesamtstromwert zum Betreiben des zumindest einen Verbrauchers nur einzustellen, falls der Spannungswert und der Gesamtstromwert, die am Ausgabeanschluss eingestellt würden, gemäß den Tragfähigkeitsdaten zulässig ist, also die Tragfähigkeit nicht überschreiten. Somit kann also selbst bei einer nachträglichen Verdrahtung ein Schutz dafür bereitgestellt werden, dass kein zu schwaches Kabel in Bezug auf die Tragfähigkeit für Strom und/oder Spannung zwischen die Netzgerätvorrichtung einerseits und dem zumindest einen Verbraucher andererseits geschaltet wird. Das Versorgungskabel gibt seine Tragfähigkeit in Bezug auf Strom und/oder Spannung der Netzgerätvorrichtung mittels der Tragfähigkeitsdaten an, so dass die Netzgerätvorrichtung auch die Tragfähigkeit des Versorgungskabels berücksichtigt.In one embodiment, the supply cable is designed for subsequent wiring of the at least one consumer to the power supply unit. This embodiment is particularly advantageous when using the invention in the context of electrical consumers outside of a motor vehicle, for example for use in connection with electrical consumers that are used as a mobile device (for example as a smartphone or tablet PC) or as a household device (for example as a lamp or Telephone) are designed. The supply cable is connected to the at least one consumer and / or to the output connection of the power supply device via a non-destructive, reversibly detachable plug connection. In other words, the supply cable can be plugged in and unplugged alternately at least on one side or at one end, for example the power supply device and / or the at least one consumer. A transmission circuit is integrated into the supply cable, which is set up to send load capacity data to the communication circuit of the power supply device. These load capacity data indicate a maximum load capacity of the supply cable in relation to a current strength and / or voltage strength. The supply cable thus automatically signals by means of its transmission circuit which maximum electrical current and / or which maximum electrical voltage it can transmit. This is known as the carrying capacity. The control circuit of the power supply device is set up to only set said total current value for operating the at least one consumer if the voltage value and the total current value that would be set at the output connection are permissible according to the load capacity data, i.e. do not exceed the load capacity. Thus, even with subsequent wiring, protection can be provided so that no cable that is too weak in terms of carrying capacity for current and / or voltage is connected between the power supply device on the one hand and the at least one consumer on the other. The supply cable indicates its load capacity in relation to current and / or voltage of the power supply device by means of the load capacity data, so that the power supply device also takes into account the load capacity of the supply cable.

In einer Ausführungsform ist in das Versorgungskabel auch eine Diagnosemessschaltung integriert, die dazu eingerichtet ist, eine über das Versorgungskabel tatsächlich übertragene elektrische Spannung und einen über das Versorgungskabel übertragenen elektrischen Strom zu messen und mittels der Sendeschaltung einen Abschaltbefehl zum Abschalten der Spannung und des Stroms an die Kommunikationsschaltung der Netzgerätvorrichtung auszusenden, falls die Spannung und/oder der Strom die Tragfähigkeit übersteigen. Mit anderen Worten signalisiert das Versorgungskabel in dieser Ausführungsform nicht nur seine Tragfähigkeit mittels der Tragfähigkeitsdaten, sondern überwacht auch, ob es überlastet wird, also die Tragfähigkeit überstiegen wird. Das Versorgungskabel führt somit also eine eigene Diagnose durch. Zum Bereitstellen der Sendeschaltung und/oder der Diagnosemessschaltung kann in das Versorgungskabel beispielsweise ein Mikrocontroller integriert sein.In one embodiment, a diagnostic measurement circuit is also integrated into the supply cable, which is set up to measure an electrical voltage actually transmitted via the supply cable and an electrical current transmitted via the supply cable and, by means of the transmission circuit, a shutdown command for switching off the voltage and the current to the To send out the communication circuit of the power supply device if the voltage and / or the current exceed the load capacity. In other words, in this embodiment, the supply cable not only signals its load-bearing capacity by means of the load-bearing capacity data, but also monitors whether it is overloaded, that is to say whether the load-bearing capacity is exceeded. The supply cable thus carries out its own diagnosis. To provide the transmission circuit and / or the diagnostic measurement circuit, a microcontroller, for example, can be integrated into the supply cable.

In einer Ausführungsform ist der zumindest eines Verbraucher dazu eingerichtet, während seines jeweiligen Betriebs in einen Betriebsmodus zu wechsein, in welchem er eine Betriebsspannung mit einem anderen Spannungswert und/oder einen Betriebsstrom mit einem anderen Stromstärkewert benötigt, und dies mittels weiterer Bedarfsdaten an die Netzgerätvorrichtung zu signalisieren. Die Steuerschaltung ist dazu eingerichtet, durch Ansteuern der Wandlerschaltung die Ausgabespannung und den Gesamtstrom gemäß den weiteren Bedarfsdaten im Betrieb des zumindest einen Verbrauchers anzupassen. Durch die weiteren Bedarfsdaten kann beispielsweise eine betragsmäßige Vergrößerung (sogenannter Boost) oder beispielswiese für einen Stand-by-Betrieb eine Verringerung (z.B. auf einen Wert zwischen 5% und 80% in Verhältnis zu den ursprünglichen Bedarfsdaten) bewirkt werden.In one embodiment, the at least one consumer is set up to switch to an operating mode during its respective operation in which it requires an operating voltage with a different voltage value and / or an operating current with a different amperage value, and this to the power supply device by means of further demand data signal. The control circuit is set up to adapt the output voltage and the total current in accordance with the further demand data during operation of the at least one consumer by activating the converter circuit. The additional demand data can be used, for example, to increase the amount (so-called boost) or, for example, to reduce it for standby operation (e.g. to a value between 5% and 80% in relation to the original demand data).

In der Netzgerätvorrichtung kann die Steuerschaltung auf Grundlage zumindest eines Mikrocontrollers und/oder zumindest eines Mikroprozessors realisiert sein. Zum Durchführen der beschriebenen, von der Steuerschaltung durchgeführten Verfahrensschritte kann beispielsweise ein Programmcode in einem Datenspeicher gespeichert sein, der bei Ausführen durch den zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller diesen dazu veranlasst, die Verfahrensschritt auszuführen. Der Datenspeicher kann hierzu mit dem zumindest einen Mikroprozessor und/oder mit dem zumindest einen Mikrocontroller gekoppelt sein. Die Wandlerschaltung kann auf der Grundlage eines Gleichspannungswandlers und/oder eines Stromrichters realisiert sein. Die Wandlerschaltung kann einen Schaltwandler aufweisen, um eine an dem Ausgabeanschluss ausgegebene Stromstärke des Gesamtstroms auf den Gesamtstromwert einzuregeln oder einzustellen.In the power supply device, the control circuit can be implemented on the basis of at least one microcontroller and / or at least one microprocessor. To carry out the described, Method steps carried out by the control circuit can, for example, be stored in a data memory with a program code which, when executed by the at least one microprocessor and / or at least one microcontroller, causes the latter to carry out the method step. For this purpose, the data memory can be coupled to the at least one microprocessor and / or to the at least one microcontroller. The converter circuit can be implemented on the basis of a DC voltage converter and / or a converter. The converter circuit can have a switching converter in order to regulate or set a current intensity of the total current output at the output connection to the total current value.

Die Kommunikationsschaltung der Netzgerätvorrichtung kann vorsehen oder dazu eingerichtet sein, die Bedarfsdaten aus dem zumindest einen Verbraucher über eine elektrische Leitung, die von derjenigen elektrischen Leitung für den Gesamtstrom verschieden ist, zu empfangen. Mit anderen Worten kann also eine zusätzliche elektrische Ader oder mehrere zusätzliche elektrische Adern vorgesehen sein, um die Bedarfsdaten und die anderen beschriebenen Daten von dem zumindest einen Verbraucher hin zur Kommunikationsschaltung der Netzgerätvorrichtung zu übertragen. Es kann aber auch eine sogenannte In-Band-Kommunikation vorgesehen sein, bei welcher die Bedarfsdaten über eine Powerline-Kommunikation (PLC - Powerline Communication) über oder mittels einer Modulation oder als eine Modulation des Gesamtstroms und/oder der Betriebsspannung empfangen werden. Eine solche Modulation kann beispielsweise durch Schalten eines elektrischen Widerstandselements in dem zumindest einen Verbraucher bewirkt werden. Der zeitliche Verlauf der Modulation kann in der Netzgerätvorrichtung beispielsweise dadurch ausgekoppelt werden, dass ein Kondensator mit dem Ausgabeanschluss elektrisch verschaltet ist. An dem Kondensator kann dann ein elektrisches Signal abgegriffen werden, dessen zeitlicher Verlauf der Modulation entspricht. In der Modulation können die Bedarfsdaten und die übrigen beschriebenen Daten kodiert vorliegen. Der zumindest eine Verbraucher kann entsprechend eine Kommunikationsschaltung aufweisen, die zur Kommunikationsschaltung der Netzgerätvorrichtung korrespondiert.The communication circuit of the power supply device can provide or be set up to receive the demand data from the at least one consumer via an electrical line that is different from that electrical line for the total current. In other words, an additional electrical wire or several additional electrical wires can be provided in order to transmit the demand data and the other described data from the at least one consumer to the communication circuit of the power supply device. So-called in-band communication can also be provided, in which the demand data is received via powerline communication (PLC - Powerline Communication) via or by means of modulation or as a modulation of the total current and / or the operating voltage. Such a modulation can be brought about, for example, by switching an electrical resistance element in the at least one consumer. The time course of the modulation can be decoupled in the power supply device, for example, in that a capacitor is electrically connected to the output connection. An electrical signal can then be tapped at the capacitor, the course of which corresponds to the modulation over time. In the modulation, the demand data and the other described data can be present in coded form. The at least one consumer can accordingly have a communication circuit which corresponds to the communication circuit of the power supply device.

Wie bereits ausgeführt, ist es besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Netzwerkanordnung in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, da darin eine Vielzahl von elektrischen Steuergeräten mit einem elektrischen Bordnetz betrieben werden müssen, dessen Versorgungsspannung schwankt, so dass ein Netzteil oder Netzgerät für die Steuergeräte notwendig ist. Die Erfindung sieht entsprechend ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Netzwerkanordnung vor. Somit können zumindest ein Steuergerät, also ein einzelnes Steuergerät oder mehrere Steuergeräte, jeweils über eine Netzgerätvorrichtung mit dem Bordnetz verschaltet sein, das als Versorgungsnetz dient. Somit muss in dem jeweiligen Steuergerät keine eigene Spannungsstabilisierung vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.As already stated, it is particularly advantageous to use the network arrangement according to the invention in a motor vehicle, since a large number of electrical control devices must be operated with an on-board electrical system, the supply voltage of which fluctuates, so that a power supply unit or power supply unit is necessary for the control devices. The invention accordingly provides a motor vehicle with an embodiment of the network arrangement according to the invention. Thus, at least one control device, that is to say a single control device or a plurality of control devices, can each be connected to the on-board network, which serves as a supply network, via a power supply device. There is therefore no need to provide a separate voltage stabilization in the respective control device. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die besagte Netzgerätvorrichtung , die an ihrem Ausgabeanschluss eine Ausgabespannung auf einen Spannungswert einstellt und den ausgegeben Gesamtstrom auf einen Gesamtstromwert einstellt, wie sie durch Bedarfsdaten aus dem zumindest einen angeschlossenen elektrischen Verbraucher vorgegeben sind. Die erfindungsgemäße Netzgerätvorrichtung weist die bereits beschriebenen technischen Merkmale auf.The invention also includes said power supply device, which sets an output voltage to a voltage value at its output connection and sets the total output current to a total current value as specified by demand data from the at least one connected electrical consumer. The power supply device according to the invention has the technical features already described.

Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren, wie es sich ergibt, wenn die erfindungsgemäße Netzwerkanordnung betrieben wird. Dieses Verfahren zum Betreiben einer Netzwerkvorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, dass ein elektrisches Versorgungsnetz eine zentrale Versorgungsspannung bereitstellt und zumindest ein Verbraucher in einem fehlerfreien Betrieb eine Betriebsspannung mit einem vorbestimmten, jedem Verbraucher gemeinsamen Spannungswert und einen Betriebsstrom mit einem jeweiligen vorbestimmten Stromstärkewert benötigt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass an das Versorgungsnetz eine Netzgerätvorrichtung angeschlossen ist, welche eine steuerbare Wandlerschaltung aufweist, die über einen Eingangsanschluss der Netzgerätvorrichtung die Versorgungspannung aus dem Versorgungsnetz empfängt und an einem Ausgabeanschluss der Netzgerätvorrichtung eine gewandelte Ausgabespannung erzeugt. An den Ausgabeanschluss ist in der beschriebenen Weise das Versorgungskabel angeschlossen, über welches der zumindest eine Verbraucher an den Ausgabeanschluss zum Empfangen seiner Betriebsspannung angeschlossen ist, und der zumindest eine Verbraucher und/oder das Versorgungskabel jeweils Bedarfsdaten, die den für den Betrieb des Verbrauchers benötigten Spannungswert und Stromstärkewert beschreiben, an die Netzgerätvorrichtung signalisiert, und die Netzgerätvorrichtung eine Kommunikationsschaltung aufweist, die aus dem zumindest einen Verbraucher dessen jeweilige Bedarfsdaten empfängt. Die besagte Steuerschaltung der Netzgerätvorrichtung steuert die Wandlerschaltung dazu an, an dem Ausgabeanschluss die Ausgabespannung zum Einstellen des Spannungswerts, der durch die Bedarfsdaten vorgegebenen ist, vorzugeben und einen an dem Ausgabeanschluss ausgegebenen Ausgabestrom auf einen Gesamtstromwert, der durch die Bedarfsdaten des zumindest einen Verbrauchers insgesamt vorgegeben ist, einstellt.Finally, the invention also includes a method that results when the network arrangement according to the invention is operated. This method for operating a network device according to the invention provides that an electrical supply network provides a central supply voltage and at least one consumer in error-free operation requires an operating voltage with a predetermined voltage value common to each consumer and an operating current with a respective predetermined current value. The method according to the invention provides that a power supply device is connected to the supply network, which has a controllable converter circuit which receives the supply voltage from the supply network via an input connection of the power supply device and generates a converted output voltage at an output connection of the power supply device. The supply cable, via which the at least one consumer is connected to the output connection for receiving its operating voltage, and the at least one consumer and / or the supply cable each demand data that the voltage value required for the operation of the consumer is connected to the output connection in the manner described and describe current intensity value, signaled to the power supply device, and the power supply device has a communication circuit that receives the respective demand data from the at least one consumer. Said control circuit of the power supply device controls the converter circuit to specify the output voltage for setting the voltage value, which is predetermined by the demand data, at the output connection and an output voltage at the output connection Output current to a total current value that is predetermined by the demand data of the at least one consumer in total.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Netzwerkanordnung;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Versorgungskabels, welches Sensordaten an eine Netzgerätvorrichtung der Netzwerkanordnung von 1 aussenden kann; und
3 eine schematische Darstellung eines Versorgungskabels, an welches mehrere elektrische Verbraucher zum Verbinden mit einer gemeinsamen Netzgerätvorrichtung angeschlossen werden können.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of an embodiment of the network arrangement according to the invention;
2 a schematic representation of an embodiment of a supply cable which sends sensor data to a power supply device of the network arrangement of 1 can send out; and
3 a schematic representation of a supply cable to which several electrical loads can be connected for connection to a common power supply device.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt eine Netzwerkanordnung 10, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 11 oder in einem Haushalt 12 realisiert oder bereitgestellt sein kann. Die Netzwerkanordnung 10 kann ein elektrisches Versorgungsnetz 13 aufweisen, in welchem durch eine Spannungsquelle 14 eine elektrische Versorgungsspannung 15 bereitgestellt werden kann. Das Versorgungsnetz 13 kann beispielsweise ein Zweig eines öffentlichen Stromnetzes sein. Als Spannungsquelle 14 wäre in diesem Fall dann ein elektrisches Kraftwerk vorhanden. Die Spannungsquelle 14 wird aber nicht als Teil der Netzwerkanordnung 10 gesehen, sondern die Netzwerkanordnung 10 beschreibt oder umfasst das Versorgungsnetz 13, das heißt die elektrischen Leitungen, die zu der Spannungsquelle 14 führen. An das Versorgungsnetz 13 kann ein Netzgerät oder eine Netzgerätvorrichtung 16 angeschlossen, in die eine Wandlerschaltung 17, eine Kommunikationsschaltung 18 und eine Steuerschaltung S integriert sein können. In der Netzwerkanordnung 10 können ein oder mehrere elektrische Verbraucher 19 mit dem Versorgungsnetz 13 indirekt über die Netzgerätvorrichtung 16 verbunden oder gekoppelt sein. In 1 ist beispielhaft ein Verbraucher 19' aktuell mit der Netzgerätvorrichtung 16 verschaltet. Hierzu kann der Verbraucher 19' über ein Verbindungskabel oder Versorgungskabel 20 an einen Ausgabeanschluss 21 der Netzgerätvorrichtung 16 angeschlossen sein. Die Netzgerätvorrichtung 16 selbst kann über einen Eingangsanschluss 22 mit dem Versorgungsnetz 13 elektrisch verbunden sein. 1 shows a network arrangement 10 for example in a motor vehicle 11 or in a household 12th can be realized or provided. The network arrangement 10 can be an electrical supply network 13th have, in which by a voltage source 14th an electrical supply voltage 15th can be provided. The supply network 13th can for example be a branch of a public power grid. As a voltage source 14th in this case there would be an electric power plant. The voltage source 14th but will not be part of the network arrangement 10 seen, but the network arrangement 10 describes or includes the supply network 13th , that is, the electrical lines that lead to the voltage source 14th to lead. To the supply network 13th can be a power supply or a power supply device 16 connected to a converter circuit 17th , a communication circuit 18th and a control circuit S can be integrated. In the network arrangement 10 can be one or more electrical consumers 19th with the supply network 13th indirectly via the power supply device 16 connected or paired. In 1 is exemplary a consumer 19 ' current with the power supply device 16 interconnected. The consumer can do this 19 ' via a connection cable or supply cable 20th to an output port 21 the power supply device 16 be connected. The power supply device 16 itself can have an input port 22nd with the supply network 13th be electrically connected.

Wenn ein Verbraucher 19 über sein Verbindungskabel 20 mit der Netzgerätvorrichtung 16 verbunden ist und die Netzgerätvorrichtung 16 mit dem Versorgungsnetz 13 verbunden ist, kann die Netzgerätvorrichtung 16 aus der Versorgungsspannung 15 mittels der Wandlerschaltung 17 an dem Ausgabeanschluss 21 zunächst eine Minimalspannung 23 bereitstellen, so dass ein elektrischer Verbraucher zunächst einen Minimalbetrieb oder eine initiale Betriebsphase durchführen kann, in welcher der elektrische Verbraucher Bedarfsdaten 24 an die Kommunikationsschaltung 18 der Netzgerätvorrichtung 16 aussenden kann. Hierzu kann in den elektrischen Verbraucher 19 eine Sendeschaltung 25 integriert sein, die beispielsweise auf der Grundlage eines integrierten Schaltkreises realisiert sein kann, der bei der Minimalspannung 23 betrieben werden kann oder betriebsfähig ist. Auf Grundlage der Bedarfsdaten 24 kann die Netzgerätvorrichtung 16 durch deren Steuerschaltung S die Wandlerschaltung 17 dahingehend ansteuern, dass am Ausgabeanschluss 21 durch die Wandlerschaltung 17 eine Ausgabespannung erzeugt wird, die eine Betriebsspannung 27 am elektrischen Verbraucher 19 durch das Versorgungskabel 20 hindurch erzeugt.If a consumer 19th via its connecting cable 20th with the power supply device 16 connected and the power supply device 16 with the supply network 13th connected, the power supply device 16 from the supply voltage 15th by means of the converter circuit 17th at the output port 21 initially a minimum voltage 23 provide so that an electrical consumer can initially perform a minimum operation or an initial operating phase in which the electrical consumer demand data 24 to the communication circuit 18th the power supply device 16 can send out. This can be done in the electrical consumer 19th a transmission circuit 25th be integrated, which can be implemented, for example, on the basis of an integrated circuit, which at the minimum voltage 23 can be operated or is operational. Based on the demand data 24 can the power supply device 16 through their control circuit S the converter circuit 17th to the effect that at the output connection 21 through the converter circuit 17th an output voltage is generated which is an operating voltage 27 on the electrical consumer 19th through the supply cable 20th generated through.

Daraufhin kann der angeschlossene elektrische Verbraucher 19' einen bestimmungsgemäßen Betrieb oder Normalbetrieb beginnen. In dem Verbraucher 19 muss hierbei nicht selbst eine Spannungsstabilisierung und/oder Spannungswandlung implementiert sein, so dass der Verbraucher 19 mit geringem schaltungstechnischen Aufwand bereitgestellt werden kann. Dennoch können unterschiedliche Verbraucher 19 mit unterschiedlichen Spannungswerten für deren jeweilige Betriebsspannung abwechselnd an der Netzgerätvorrichtung 16 betrieben werden.The connected electrical consumer can then 19 ' commence intended or normal operation. In the consumer 19th does not even have to be implemented a voltage stabilization and / or voltage conversion, so that the consumer 19th can be provided with little circuitry effort. Still, different consumers can 19th with different voltage values for their respective operating voltage alternately on the power supply device 16 operate.

2 veranschaulicht, dass auch ein Versorgungskabel 20 sich gegen eine ungeeignet große Stromstärke und/oder einen elektrischen Spannungswert schützen kann. In ein Versorgungskabel 20 kann eine Sendeschaltung 28 integriert sein, die an eine Netzgerätvorrichtung , an welche das Versorgungskabel 20 angeschlossen ist, Tragfähigkeitsdaten 29 aussenden kann, wie durch die Steuerschaltung S der Netzgerätvorrichtung 16 ebenfalls beim Einstellen des Spannungswerts am Ausgabeanschluss 21 berücksichtigt werden kann, wie dies bereits beschrieben wurde. Zusätzlich zu der Sendeschaltung 28 kann eine Diagnosemessschaltung 30 vorgesehen sein, die die tatsächlich übertragene Stromstärke und die tatsächlich übertragene elektrische Spannung messen kann und im Fall einer Überschreitung der Tragfähigkeit des Verbindungskabels 20 einen Abschaltbefehl 31 an die Netzgerätvorrichtung 16 aussenden kann. 2 that also illustrates a supply cable 20th can protect itself against an unsuitably large current strength and / or an electrical voltage value. In a supply cable 20th can be a transmission circuit 28 be integrated to a power supply device to which the supply cable 20th connected, load capacity data 29 can send out, as by the control circuit S of the power supply device 16 also when setting the voltage value at the output terminal 21 can be taken into account, as already described. In addition to the transmission circuit 28 can be a diagnostic measurement circuit 30th be provided, which can measure the current intensity actually transmitted and the electrical voltage actually transmitted and in the event that the load-bearing capacity of the connecting cable is exceeded 20th a shutdown command 31 to the power supply device 16 can send out.

Die beschriebene Übertragung von Daten an die Kommunikationsschaltung 18 der Netzgerätvorrichtung 16 kann über zumindest eine zusätzliche elektrische Leitung, die nicht für die Übertragung der Betriebsspannung und des Betriebsstroms für die Verbraucher 19 genutzt wird, oder mittels In-Band-Kommunikation oder Powerline-Kommunikation über das Versorgungskabel 20 erfolgen.The described transmission of data to the communication circuit 18th the power supply device 16 can have at least one additional electrical line that is not used for the transmission of the operating voltage and the operating current for the consumer 19th is used, or by means of in-band communication or powerline communication via the supply cable 20th respectively.

3 veranschaulicht, wie mittels eines Versorgungskabels 20 mehrere elektrische Verbraucher 19, die alle denselben Spannungswert als Betriebsspannung benötigen, über ein Versorgungskabel 20 mit dem Ausgabeanschluss 21 der Netzgerätvorrichtung 16 verschaltet werden können. Dies kann beispielsweise in der gezeigten Form als sogenannte Kabelpeitsche für die Ausgestaltung des Versorgungskabels 20 realisiert sein. 3 illustrates how by means of a supply cable 20th several electrical consumers 19th , which all require the same voltage value as operating voltage, via a supply cable 20th with the output port 21 the power supply device 16 can be interconnected. This can, for example, in the form shown as a so-called cable whip for the design of the supply cable 20th be realized.

Viele elektrischen und/oder elektronischen Verbraucher 19, vor allem Mobilgeräte, Mobiltelefone, Tablets und Laptops, können somit über ein externes Netzteil, einen AC/DC-Wandler oder ein kompaktes Steckernetzteil (Netzgerätvorrichtung 16) mit der nötigen Energie zum Betrieb und/oder zum Aufladen der internen Akkus versorgt werden. Aufgrund des Umstands dass abhängig von der Art der Anwendung und des Gerätes - eine Vielzahl an Versorgungsspannungen und -leistungen zum Einsatz kommt, benötigt jedes Gerät in der Regel bisher sein eigenes Steckernetzteil zur Spannungsversorgung mit entsprechendem Anschlusskabel über das eine sichere Energieversorgung gewährleistet wird. Denn bisher stellen diese externen Netzteile nur eine DC-Eingangsspannung mit einem bestimmten, unveränderlichen Spannungswert zur Verfügung, welcher dann innerhalb des elektronischen Gerätes weiter über Schaltregler oder Linarregler auf die eigentlich benötigte Arbeitsspannung herabgesetzt wird. Dieser Wandlungsschritt ist mit Verlusten verbunden - abhängig von der Art des eingesetzten Reglers und der Höhe der zu übertragenden Leistung.Lots of electrical and / or electronic consumers 19th , especially mobile devices, cell phones, tablets and laptops, can thus be connected via an external power supply unit, an AC / DC converter or a compact plug-in power supply unit (power supply device 16 ) are supplied with the energy required to operate and / or charge the internal batteries. Due to the fact that, depending on the type of application and the device, a large number of supply voltages and powers are used, each device usually required its own plug-in power supply unit for power supply with a corresponding connection cable that ensures a safe power supply. Because up to now these external power supply units have only provided a DC input voltage with a specific, unchangeable voltage value, which is then further reduced to the actually required working voltage within the electronic device via switching regulators or linear regulators. This conversion step is associated with losses - depending on the type of controller used and the amount of power to be transferred.

Zusätzlich zu Verbrauchern mit externen Netzteilen/ Spannungsversorgungen gibt es auch im Kraftfahrzeug 11 viele Steuergeräte mit integrierten Spannungswandlern, die aus der 12V Bordspannung (Versorgungsspannung 15) kleinere DC-Spannungen erzeugen. Ein weiteres Beispiel sind Industrieanlagen mit vielen verschiedenen DC-Spannungsebenen in Schaltschränken, die Ebenfalls Versorgungsnetze 13 vorsehen.In addition to consumers with external power packs / power supplies, there are also in motor vehicles 11 Many control units with integrated voltage converters, which are derived from the 12V on-board voltage (supply voltage 15th ) generate lower DC voltages. Another example are industrial systems with many different DC voltage levels in control cabinets, which are also supply networks 13th provide.

Das oben beschriebene, traditionell gewachsene und heute übliche Vorgehen bringt folgende Nachteile mit sich:

Große Menge an uneinheitlichen Netzteilen, Spannungs- bzw. Stromversorgungen und Ladegeräten für unterschiedliche elektronische Verbraucher: dies ist v.a. für Mobilgeräte ein Ärgernis, da man z.B. für Laptop und Telefon zwei unterschiedliche Netzteile mit sich führen muss, Zusätzlicher Bauraum am Ort des Verbrauchers, wie z.B. Consumer-Geräten/ Steuergeräten/ Schaltschränken: Die zusätzliche Wandlung von DC- Eingangsspannung auf das eigentlich im Gerät benötigte Spannungsniveau benötigt Platz, was v.a. in kompakten Geräten wie Mobiltelefonen sehr von Nachteil ist ~ Bei der Energiewandlung im Gerät selbst fallen elektrische Verluste und damit Abwärme an. Diese muss durch aufwändige mechanische Konzepte abgeführt werden. In der Regel führt dies zu größerem Bauraumvolumen als eigentlich benötigt.

The procedure described above, which has grown traditionally and is common today, has the following disadvantages:

Large amount of inconsistent power supplies, voltage or power supplies and chargers for different electronic consumers: this is a nuisance, especially for mobile devices, as you have to carry two different power supplies with you for laptop and phone, for example Consumer devices / control devices / control cabinets: The additional conversion of DC input voltage to the voltage level actually required in the device requires space, which is particularly disadvantageous in compact devices such as cell phones ~ When converting energy in the device itself, electrical losses and thus waste heat occur . This has to be dissipated using complex mechanical concepts. As a rule, this leads to a larger volume of installation space than is actually required.

Die Idee besteht darin, nicht wie bisher unterschiedliche Netzteile/ Spannungsversorgungen und passive Versorgungskabel bzw. Spannungsregler im Verbraucher selbst zu verwenden wie bisher, sondern vielmehr eine einheitliche externe Versorgungseinheit oder Netzgerätvorrichtung 16 mit dem Verbraucher 19 so zu koppeln, dass über eine Kommunikation von Bedarfsdaten 24 vom Verbraucher 19 der gewünschte Wert für Spannung, Strom oder Leistung bei der Versorgungseinheit oder Netzgerätvorrichtung 16 „bestellt“ wird. Die Versorgungseinheit oder Netzgerätvorrichtung 16 liefert dann einen entsprechenden geregelten Wert für Spannung und Strom.The idea is not to use different power supply units / voltage supplies and passive supply cables or voltage regulators in the consumer itself as before, but rather a uniform external supply unit or power supply device 16 with the consumer 19th to be coupled in such a way that via a communication of demand data 24 from the consumer 19th the desired value for voltage, current or power at the supply unit or power supply device 16 Is "ordered". The supply unit or power supply device 16 then provides a corresponding regulated value for voltage and current.

Eine konkrete Ausprägung kann ein einheitliches intelligentes Netzteil in Kombination mit intelligenten Adapterkabeln (Versorgungskabel 20) zum Betreiben und Laden von unterschiedlichsten Geräten zu verwenden. So kann an der gleichen Netzgerätvorrichtung 16 beispielsweise ein Tablet-PC mit 7V/3A geladen werden und durch Einsatz eines entsprechenden anderen Adapterkabels ein Laptop mit 19,5V/4A. Über die Nutzung der Kommunikation von Bedarfsdaten 24 über das Versorgungskabel zur Netzgerätvorrichtung 16 ist es möglich, innerhalb eines vorgegebenen Rahmens eine beliebige konstante Spannung, konstanten Strom oder konstante Leistung von der Netzgerätvorrichtung 16 ausgeben zu lassen. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Netzteils (in der Netzgerätvorrichtung 16) und der Ausführung des Versorgungskabels 20 ist so ein breiter Spannungs- und Strombereich abdeckbar (beispielsweise von 3 V bis 40 V). Diese Steuerung wird hier auch als Remote Power Control (RPC) bezeichnet.A single intelligent power supply unit in combination with intelligent adapter cables (supply cable 20th ) to operate and charge a wide variety of devices. So can on the same power supply device 16 For example, a tablet PC can be charged with 7V / 3A and by using a corresponding other adapter cable a laptop with 19.5V / 4A. About the use of the communication of demand data 24 via the supply cable to the power supply device 16 it is possible to obtain any constant voltage, constant current or constant power from the power supply device within a given range 16 to be issued. Depending on the capacity of the power supply unit (in the power supply unit 16 ) and the design of the supply cable 20th a wide voltage and current range can be covered (for example from 3 V to 40 V). This control is also referred to here as Remote Power Control (RPC).

Das Konzept von RPC hat dabei grundsätzlich keine Leistungsgrenze und kann gleichermaßen für Fernseher, Lichtanlagen und/oder Industrieanlagen eingesetzt werden. Zudem können die Daten und RPC-Leistung in einem gemeinsamen Versorgungskabel 20 geführt werden, was speziell für Einsatz mit einem bestehenden und bekannten Versorgungskabelsatz in Bereichen wie Fahrzeuge/ Flugzeuge/ Bus/ Schifffahrt von Vorteil ist.The RPC concept basically has no performance limit and can equally be used for televisions, lighting systems and / or industrial systems. In addition, the data and RPC power can be stored in a common supply cable 20th which is particularly advantageous for use with an existing and known supply cable set in areas such as vehicles / aircraft / bus / shipping.

Das Konzept eines Versorgungskabels 20 mit eigener Sendeschaltung 28 für z.B. Consumergeräte ist dabei eine weitere konkrete Ausprägung von RPC. Die Flexibilität für den Benutzer wird nicht mehr wie bisher dadurch erreicht, dass jedes Gerät ein eigenes Steckernetzteil / individuelle Versorgungseinheit und eigenes Versorgungskabel hat, sondern vielmehr durch Verschiebung der Systemgrenzen mittels der Kommunikation von Bedarfsdaten 24 zwischen Verbraucher 19 und Energiequelle (Netzgerätvorrichtung 16). In der Folge konnte eine Vielzahl von Verbraucher 19 aus ein und demselben Typ von Netzteil/ Spannungsquelle/ Energiequelle (Netzgerätvorrichtung 16) versorgt werden (siehe Beispiel Abbildung von 1).The concept of a supply cable 20th with its own transmission circuit 28 for consumer devices, for example, is another specific form of RPC. The flexibility for the user is no longer achieved by the fact that each device has its own plug-in power supply / individual supply unit and its own supply cable, but rather by shifting the system boundaries by communicating demand data 24 between consumers 19th and power source (power supply device 16 ). As a result, a wide variety of consumers could 19th from one and the same type of power supply / voltage source / energy source (power supply device 16 ) are supplied (see example illustration from 1 ).

Die folgenden Vorteile ergeben sich daraus: Kostenreduktion dadurch, dass ein Netzteil für eine Vielzahl von Geräten genutzt werden kann Größen- und Verlustreduktion bei kompakten mobilen Geräten durch Entfall der internen Spannungswandlung Reduktion der Zahl der mitzuführenden Ladegeräte und Netzteile für unterwegs Gewichtsreduktion für unterwegs Umweltfreundlich, da ein flexibles Netzteil zukunftssicher und auch für zukünftige Geräte geeignet ist. Vermeidung von Elektronikschrott, Erhöhung der Nachhaltigkeit und der Flexibilität: Das (relativ günstige) Versorgungskabel 20 entscheidet, welche Spannung und Maximalleistung für das Endgerät zur Verfügung gestellt werden. Erwirbt der Benutzer z.B. einen neuen Laptop mit anderer Spannung. Durch ein neues Versorgungskabel 20 funktioniert es dann an einer schon vorhandenen Netzgerätvorrichtung 16. Geeignet für Anwendungen unterschiedlichster Spannungs-, Strom- und Leistungsklassen, d.h. z.B. alle Arten von Laptops, Tablets problemlos ladbar. Auch über mobile Anwendungen hinaus ist eine solche Netzgerätvorrichtung 16 einsetzbar: z.B. als Netzteil für eine LED-Schreibtischlampe, angeschlossen mit einem sendefähigen Versorgungskabel; als Anschlusskabel für Verbraucher im Haushalt in Kombination mit einer Wandsteckdose, um nur Beispiele zu nennen. Die Intelligenz (Diagnosemessschaltung 30) im Versorgungskabel 20/ über Kommunikation zwischen Verbraucher 19 und Netzgerätvorrichtung 16 kann der Spannungsverlust durch Länge und Querschnitt des Versorgungskabels 20 ausgeglichen werden.The following advantages result from this: Cost reduction due to the fact that one power supply unit can be used for a large number of devices Reduction in size and loss in the case of compact mobile devices by eliminating the internal voltage conversion Reduction in the number of chargers and power supply units to be carried when on the move Reduced weight when on the move Environmentally friendly, because a flexible power supply is future-proof and also suitable for future devices. Avoiding electronic waste, increasing sustainability and flexibility: The (relatively cheap) supply cable 20th decides which voltage and maximum power are made available for the end device. For example, if the user buys a new laptop with a different voltage. With a new supply cable 20th it then works on an existing power supply device 16 . Suitable for applications of various voltage, current and power classes, ie for example all types of laptops and tablets can be charged without any problems. Such a network device device is also beyond mobile applications 16 can be used: eg as a power supply unit for an LED desk lamp, connected with a power supply cable capable of transmitting; as a connection cable for consumers in the household in combination with a wall socket, to name just a few examples. The intelligence (diagnostic measurement circuit 30th ) in the supply cable 20th / via communication between consumers 19th and power supply device 16 the voltage loss can be caused by the length and cross-section of the supply cable 20th be balanced.

Auch eine Sicherungsfunktion kann bereitgestellt werden: Die Netzgerätvorrichtung 16 kann im Falle eines Kurzschlusses auf Verbraucherseite vor Überlast und Überhitzung geschützt werden, da es bei diesem Konzept nie mehr als die vom Versorgungskabel 20 / Verbraucher 19 mittels der gesendeten Daten angeforderte Leistung/ Spannung/ Strom abgeben wird. Über das Versorgungskabel 20 ist sichergestellt, dass maximal der für diese Leitung spezifizierte Strom (Tragfähigkeit) fließt und durch die Netzgerätvorrichtung 16 begrenzt wird. Die Diagnosemessschalung 30 im Versorgungskabel 20 schützt das Versorgungskabel 20 und die Netzgerätvorrichtung 16 vor Überlast.A backup function can also be provided: the power supply device 16 can be protected against overload and overheating in the event of a short circuit on the consumer side, since with this concept there is never more than that from the supply cable 20th / Consumer 19th will deliver the requested power / voltage / current by means of the sent data. Via the supply cable 20th it is ensured that the maximum current specified for this line (load capacity) flows through the power supply device 16 is limited. The diagnostic measurement formwork 30th in the supply cable 20th protects the supply cable 20th and the power supply device 16 from overload.

In Kraftfahrzeugen 11 kann die Entstehung Verlustleistung und damit Wärme aus dem Steuergerät(ECU) / Sensor (Verbraucher 19) in eine Netzgerätvorrichtung 16 verlagert werden. Das ergibt eine deutliche Vereinfachung von Bauraum- und Abwärmeproblematiken. Die Sendeschaltung für Bedarfsdaten 24 der Remote-Powersteuerung RPC kann bei Fahrzeug-Anwendungsfällen auch im Steuergerät/ den Sensor (Verbraucher 19) bereitgestellt werden. Eine andere Fahrzeug-Power-Architektur als heute ist damit möglich: skalierbare Powerknoten (Leistungsverteilungsschaltungen) mit großer Stückzahl in festen Varianten können vorgesehen werden, die ECUs und Sensoren (Verbraucher 19) wie Aktoren versorgen Die Vorgabe des gewünschten Sollwertes erhält die Netzgerätvorrichtung 16 durch ein aktives Adapterkabel (Versorgungskabel 20), welches passend zum zu versorgenden Verbraucher 19 gewählt wird. Alternativ wird der Sollwert über Kommunikation vom Verbraucher direkt vorgegeben (Bedarfsdaten 24). Dieser Ansatz dreht die bisherige Herangehensweise zur Versorgung von Geräten / Verbraucher 19 um: die Flexibilität für den Anwender mit einer Vielzahl von Geräten kann beispielsweise für Consumer Electronic zukünftig über die leichteren und günstiger herzustellenden Versorgungskabel hergestellt werden. Es sind beliebige, davon unabhängige Spannungs- und Leistungsklassen realisierbar.In motor vehicles 11 power loss and thus heat from the control unit (ECU) / sensor (consumer 19th ) into a power supply device 16 be relocated. This results in a significant simplification of installation space and waste heat problems. The transmission circuit for demand data 24 the remote power control RPC can also be used in vehicle applications in the control unit / sensor (consumer 19th ) to be provided. A different vehicle power architecture than today is thus possible: scalable power nodes (power distribution circuits) with large numbers in fixed variants can be provided, the ECUs and sensors (consumers 19th ) supply like actuators The power supply device receives the specification of the desired setpoint 16 through an active adapter cable (supply cable 20th ), which is suitable for the consumer to be supplied 19th is chosen. Alternatively, the setpoint is specified directly by the consumer via communication (demand data 24 ). This approach turns the previous approach to supplying devices / consumers 19th um: The flexibility for the user with a large number of devices can be created in the future, for example for consumer electronics, using the lighter and cheaper supply cables. Any independent voltage and power classes can be implemented.

Für ein funktionsfähiges System wie vorgeschlagen sind die folgenden beiden Bestandteile notwendig:

Komponente1: Netzteil/ Energiequelle/ Spannungs-/ Stromversorgung (Netzgerätvorrichtung 16) mit einem Dynamikumfang in Strom und Spannung (Wandlerschaltung 17), der mindestens dem Bedarf des daran anzuschließenden Verbrauchers 19 entspricht sowie Kommunikationsfähigkeit (Kommunikationsschaltung 18) mit den entsprechenden Versorgungskabeln 20 und/oder Verbraucher 19 besitzt (z.B. USB Power Delivery Netzteil).
Komponente 2: Adapterkabel/Versorgungskabel 20 mit Kommunikationschip und Microcontroller (Sendeschaltung) oder alternativ der Verbraucher 19 direkt, von welchen entsprechende Spannung /Strom-/Leistungsprofile oder - werte (Bedarfsdaten 24) bei der Netzgerätvorrichtung 16 angefordert werden können.

For a functioning system as suggested, the following two components are necessary:

Component 1: Power supply unit / energy source / voltage / power supply (power supply device 16 ) with a dynamic range in current and voltage (converter circuit 17th ), which at least meets the needs of the consumer to be connected 19th as well as communication skills (communication circuit 18th ) with the corresponding supply cables 20th and / or consumers 19th owns (e.g. USB Power Delivery power supply unit).
component 2 : Adapter cable / supply cable 20th with communication chip and microcontroller (transmission circuit) or alternatively the consumer 19th directly from which corresponding voltage / current / power profiles or values (demand data 24 ) at the power supply device 16 can be requested.

Eine Ausprägung: Intelligentes Versorgungskabel: Die Leistungsprofile (Bedarfsdaten 24) können in einer konkreten Ausprägung beispielsweise statisch im Versorgungskabel (Sendeschaltung 28) hinterlegt sein (d.h. ein Versorgungskabel 20 nur für eine Art von Anwendung geeignet - z.B. „19,5V Laptop-Kabel“) oder flexibel nach Anwendung durch den Microcontroller variiert werden (Multi-Purpose Versorgungskabel).One characteristic: Intelligent supply cable: The performance profiles (demand data 24 ) can in a specific form, for example, statically in the supply cable (transmission circuit 28 ) (ie a supply cable 20th only suitable for one type of application - eg "19.5V laptop cable") or can be varied flexibly by the microcontroller according to the application (multi-purpose supply cable).

Es sind auch Versorgungskabel 20denkbar, die einen Netzteil-Anschluss und verschiedene Verbraucher-Anschlüsse besitzen (3). Dabei kann jedem Verbraucheranschluss ein anderes Spannungs-/Strom-/ Leistungsprofil zugewiesen werden. Ein solches Versorgungskabel wäre universell für eine Vielzahl an Anwendungen einsetzbar.Supply cables are also conceivable that have a power supply connection and various consumer connections ( 3 ). A different voltage / current / power profile can be assigned to each consumer connection. Such a supply cable could be used universally for a large number of applications.

Weitere Ausprägung: Nutzung USB Power-Delivery Eine Implementierung von RPC wäre beispielsweise, ein Consumer Netzteil mit USB-C Anschluss für alle Arten von DC-Verbrauchern im Bereich 0-20V und 0-5A. Für diese spezielle Untergruppe an Anwendungsfällen könnte das Konzept von RPC mittels Kommunikation und Energieversorgung über USB-Kabel umgesetzt werden. Im Gegensatz zum heutigen Standard Anwendungsfall „Laden von Mobilgeräten“ wäre so beispielsweise der Betrieb einer LED-Schreibtischlampe an oben genanntes USB-Netzteil möglich: Die Lampe würde kein eigenes Netzteil benötigen und über Kommunikation mit dem externen universellen Netzteil einfach ihren Konstantstrom-Bedarf von 700mA anfordern.Further characteristics: Use of USB power delivery One implementation of RPC would be, for example, a consumer power supply unit with a USB-C connection for all types of DC consumers in the 0-20V and 0-5A range. For this special subgroup of use cases, the concept of RPC could be implemented using communication and power supply via USB cables. In contrast to the current standard application “charging of mobile devices”, for example, an LED desk lamp could be operated with the above-mentioned USB power supply unit: The lamp would not need its own power supply unit and simply its constant current requirement of 700mA via communication with the external universal power supply unit request.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Remote-Power-Control-Funktion (RPC) zwischen elektrischen Verbrauchern und deren Energieversorgung bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a remote power control function (RPC) between electrical consumers and their energy supply.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2008/0007212 A1 [0004]
US 7224086 B2 [0005]
US 9059590 B2 [0006]

Claims

Electrical network arrangement (10) comprising: - an electrical supply network (13), which provides a central supply voltage (15), and - at least one consumer (19) which is set up to provide an operating voltage with a predetermined, each consumer in error-free operation (19) to receive a common voltage value and an operating current with a respective predetermined current value, characterized in that a power supply device (16) is connected to the supply network (13), which has a controllable converter circuit (17) which is set up via a Input connection (22) of the power supply device (16) to receive the supply voltage (15) from the supply network (13) and to generate a converted output voltage therefrom at an output connection (21) of the power supply device (16), wherein - to the output connection (21) The supply cable (20) is connected, via which the at least one consumer (1 9) is connected to the output connection (21) and - a control circuit (S) of the power supply device (16) is set up to increase the output voltage to one at the beginning of the respective operation of the at least one consumer (19) by controlling the converter circuit (17) set a predetermined minimum voltage value (23) at the output connection (21), and - the at least one consumer (19) and / or the supply cable (20) is each set up to receive the minimum voltage (23) demand data (24) that the for describe the operation of the consumer (19) required voltage value and current value to signal to the power supply device (16), and - the power supply device (16) has a communication circuit (18) which is set up to receive the demand data (24), and - The control circuit (S) is set up to control the converter circuit (17) to the output connection (21) the output voltage for setting the span voltage value, which is predetermined by the demand data (24), and to set an output current output at the output connection (21) to a total current value which is predetermined overall by the demand data (24) of the at least one consumer (19).

Network arrangement (16) according to Claim 1 , wherein the at least one consumer (19) is set up to determine an actual voltage value of the operating voltage arriving at it via the supply cable (20) and to send measurement data indicating the actual voltage value to the power supply device (16), and wherein the control circuit (S) of the power supply device (16) is set up to match the actual voltage value specified in the measurement data to the voltage value specified by the demand data (24) by activating the converter circuit (17).

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the converter circuit (17) is set up to limit the total current upwards to the total current value by means of a current intensity control.

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the power supply device (16) has a measuring circuit which is set up to detect a power value relating to an actual electrical power requested by the at least one consumer (19) in the supply cable (20), and the control circuit (S) is set up to use a predetermined plausibility function to compare the power value with the received demand data (24) and, in the event that the power value with respect to the demand data (24) meets a predetermined deviation criterion, a predetermined safety measure for the output connection (21) to trigger.

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the communication circuit (18) is set up to receive switching data from an energy management circuit of the supply network (13), and the control circuit (S) is set up in the event that the switching data is a Specify the idle phase of the at least one consumer (19), to interrupt a delivery of electrical energy to the output connection (21) by activating the converter circuit (17), and in the event that the switching data specify an active phase of the at least one consumer (19), to switch on a delivery of electrical energy to the output connection (21) by controlling the converter circuit (17).

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the supply cable (20) is connected to the at least one consumer (19) and / or to the output connection (21) via a non-destructively reversibly detachable plug connection and a transmission circuit is connected to the supply cable (20) (20) is integrated, which is set up to transmit to the communication circuit (18) of the power supply device (16) load capacity data (29) which indicate a maximum load capacity of the supply cable (20) in relation to a current strength that can be transmitted by the supply cable (20) and / or specify voltage level to send, and the control circuit (S) is set up to set the total current value only if the Voltage value and the total current value according to the load capacity data (29) is permissible.

Network arrangement (16) according to Claim 6 wherein a diagnostic measuring circuit (30) is integrated into the supply cable (20) and is set up to measure an electrical voltage transmitted via the supply cable (20) and an electrical current transmitted via the supply cable (20) and by means of the transmission circuit (28 ) to send a switch-off command (31) for switching off the voltage and the current to the communication circuit (18) of the power supply device (16) if the voltage and / or current exceeds the load capacity.

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the communication circuit (18) is set up to receive the demand data (24) from the at least one consumer (19) via an electrical line, which is from an electrical line of the supply cable (20) for the Total current is different to receive or to receive the demand data (24) via a powerline communication by means of a modulation of the total current and / or the operating voltage.

Network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein the at least one consumer (19) is set up to switch during its respective operation to an operating mode in which it has an operating voltage with a different voltage value and / or an operating current with a different current value required, and to signal this by means of further demand data (24) to the power supply device (16), and the control circuit (S) is set up to control the converter circuit, the output voltage and the total current according to the further demand data (24) during operation of the at least one Adapt consumer (19).

Motor vehicle (11) with a network arrangement (10) according to one of the preceding claims.

Power supply device (16) for a network arrangement (10) according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the power supply device (16) has an input connection (22) for connecting the power supply device (16) to a supply network (13) and an output connection (21) for connecting a supply cable (20), wherein a controllable converter circuit (17) of the power supply device ( 16) is set up to receive a supply voltage (15) from the supply network (15) via the input connection (22) and to generate a converted output voltage at the output connection (21), characterized in that a communication circuit (18) of the power supply device ( 16) is set up to receive from at least one consumer (19) and / or the supply cable (20) demand data (24) which describe a voltage value and current value required for operation of the respective consumer (19), a control circuit (S ) the power supply device (16) is set up to control the converter circuit (17) to the output connection (21) di e output voltage for setting the voltage value that is predetermined by the demand data (24), and an output current output at the output terminal (21) to a total current value that is determined by the demand data (24) of the at least a consumer (19) is specified overall to set.

Method for operating a network arrangement (16) according to one of the preceding claims, wherein an electrical supply network (13) provides a central supply voltage (15) and at least one consumer (19) provides an operating voltage with a predetermined voltage value common to each consumer in error-free operation requires an operating current with a respective predetermined current value, characterized in that a power supply device (16) is connected to the supply network (13) which has a controllable converter circuit (17) which supplies the supply voltage via an input connection (22) of the power supply device (16) (15) receives from the supply network (13) and generates a converted output voltage at an output connection (21) of the power supply device (16), a supply cable (20) being connected to the output connection (21) via which the at least one consumer (19 ) to the output connection (21) for rec is connected to its operating voltage, and the at least one consumer (19) and / or the supply cable (20) in each case demand data (24), which describe the voltage value and current value required for operating the consumer (19), to the power supply device (16) signals, and the power supply device (16) has a communication circuit (18) which receives the respective demand data (24) from the at least one consumer (19), and a control circuit (S) of the power supply device (16) controls the converter circuit (17) for this purpose , at the output connection (21) the output voltage for setting the voltage value that is predetermined by the demand data (24), and an output current output at the output connection (21) to a total current value determined by the demand data (24) of the at least one consumer (19) is set in total.