ES2280246T3 - Red de a bordo de tension multiple. - Google Patents

Abstract

Red de a bordo de tensión múltiple con al menos dos planos de tensión con dos tensiones (U0, U1) diferentes de masa, con un generador (G), que genera una de las tensiones (U0), y con al menos un convertidor de tensión (W1, W2), que genera a partir de la primera tensión (U0) la segunda tensión (U1), con consumidores (R16 a R21), que se pueden accionar a través de medios de conmutación (SLV1, SLV2, SLVn) con una de las tensiones (U0, U1), y con al menos una batería (B1, B2) para la alimentación de los consumidores (R16 a R21), en la que están previstos medios para la protección contra cortocircuito, que reducen el peligro de la aparición de un cortocircuito y/o reducen las repercusiones de un cortocircuito entre las dos tensiones (U0, U1) y protegen, dado el caso, a los consumidores (R19, R20, R21) amenazados en el lado de baja tensión en el caso de cortocircuito, caracterizada porque los medios de conmutación (SLV1, SLV2, SLVn) conectan adicionalmente en el caso de cortocircuito al menos unode los consumidores (R19, R20, R21) en el lado de baja tensión, en la que al menos un consumidor (R19, R20, R21) en el lado de baja tensión está diseñado de tal forma que puede conducir la corriente, que aparece en un cortocircuito entre los dos planos de la tensión y de esta manera reduce la sobretensión presente con respecto al plano más bajo de la tensión en combinación con una resistencia interior (R1, R9) de al menos una batería (B1, B2).

Description

Red de a bordo de tensión múltiple.

Estado de la técnica

La invención se refiere a una red de a bordo de tensión múltiple especialmente a una red de a bordo de tensión múltiple para un automóvil del tipo c la reivindicación principal.

Estado de la técnica

En las redes de a bordo con una pluralidad de consumidores eléctricos, por ejemplo en redes de a bordo de automóviles, se plantea el problema de que una tensión de 12 V no es suficiente ya para la alimentación de energía. Puesto que algunos de los consumidores deben alimentarse con una tensión más elevada que 12 V, se conocen redes de a bordo de tensión múltiple, que presentan dos planos de tensión diferentes. Un primer plano de tensión, que se encuentra frente a masa 12 V positivos y un segundo plano de tensión en 36 V positivos, siendo estas tensiones en cada caso las tensiones nominales. La conexión entre los dos planos de la tensión se establece con la ayuda de un convertidor de tensión continua.

Tales redes de a bordo de tensión múltiple del tipo indicado al principio en un automóvil se describen en los documentos DE-OS 198 45 569, DE 197 55 050 A1, US 5-907.194 y en Kassakian, J., Prof.: "Herausforderungen der neuen 42 V Architecture und Fortschritte in der internationalen Akzeptanz", Informes VDI Nº 1415, páginas 21 a 35, 1998. La energía eléctrica es generada en estas redes de a bordo con la ayuda de un generador de corriente trifásica, que es accionado por el motor del vehículo y que suministra una tensión de salida de 42 V (tensión de carga). Con esta tensión de carga se carga una batería de 36 V (tensión nominal). A través de un convertidor de tensión continua se alimenta una batería de 12 V con una tensión de carga de 14 V.

En las dos baterías se pueden conectar adicionalmente los consumidores eléctricos a través de conmutadores adecuados, donde la batería de 12 V alimenta a los consumidores convencionales de la red de a bordo, por ejemplo las lámparas de incandescencia, mientras que la batería de 36 V se utiliza para la alimentación de consumidores de alta potencia, por ejemplo calefacciones de los cristales. En las redes de a bordo conocidas, las conexiones negativas de las dos baterías se encuentran en cada caso sobre el mismo potencial de masa.

Ventajas de la invención

La red de a bordo de acuerdo con la invención con las características de la reivindicación 1 tiene la ventaja de que se evitan en gran medida las posibilidades de la aparición de un cortocircuito entre los dos planos de la tensión. No obstante, en el caso de que se produzca un cortocircuito entre los dos planos de la tensión, es amortiguado en sus repercusiones y se indica en la mayor medida posible o bien de anula de nuevo. Al mismo tiempo, los consumidores alimentados con la tensión más baja están protegidos de una manera ventajosa frente a las repercusiones del cortocircuito.

Estas ventajas se consiguen con una red de a bordo de tensión múltiple con las características de la reivindicación 1, porque están previstos medios de conmutación, que conectan adicionalmente en el caso de cortocircuito al menos uno de los consumidores del lado de baja tensión, estando diseñado al menos un consumidor en el lado de baja tensión de tal forma que puede conducir la corriente, que aparece en el cortocircuito entre los dos planos de la tensión y reduce la sobretensión que está presente con relación al plano de baja tensión en combinación con una resistencia interior de al menos una batería.

Otras ventajas de la invención se consiguen a través de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes. Estas medidas proporcionan las ventajas de que se reducen al mínimo los puntos, en los que puede aparecer un cortocircuito no protegido, siendo conseguido esto, por ejemplo, a través de la reducción de la longitud de la potencia y a través de la agrupación adecuada de consumidores del mismo plano de la tensión. Además, se reconocen rápidamente los cortocircuitos de una manera ventajosa y se anulan a través de la desconexión del consumidor de 36 V o bien de 42 V en la fuente de tensión. Durante el tiempo hasta la desconexión del consumidor de 36 V o bien de 42 V en funcionamiento, se protege la red de baja tensión a través de medidas constructivas, por ejemplo a través de una protección contra la sobretensión o a través de la derivación de la tensión elevada a través de los consumidores más robustos. Tales consumidores más robustos, que resisten también tensiones más altas que 12 V, son por ejemplo calefacciones eléctricas o la propia batería de 12 V o de 14 V. A través de la reducción de las líneas de 36 V o de 42 V no protegidas por medio de la combinación adecuada de convertidor de tensión y señal y distribuidor de la potencia (SLV), se puede reducir adicionalmente de una manera ventajosa la probabilidad de cortocircuito; lo mismo se aplica también para una estructura con proximidad espacial de los distribuidores de la señal y de la potencia (SLV) y batería de 36 V o bien de 42 V.

Otra posibilidad ventajosa para reducir la probabilidad de cortocircuito, consiste en conseguir las líneas de 42 V no protegidas a través de aseguramiento sobre distribuidores adicionales de la señal y de la potencia (distribuidores de la señal y de la potencia por satélite (SLV por satélite)) y a través de convertidores de tensión continua a través de un llamado sistema maestro de distribuidores de la señal y de la potencia (SLV maestro).

Con la red de a bordo de acuerdo con la invención se consiguen de una manera ventajosa las posibilidades de representar un concepto general para una red de a bordo de tensión múltiple con un fusible de batería también en el caso de choque y un fusible de la red parcial inferior (14 V) para el caso de un cortocircuito entre las dos redes parciales. Se evitan de una manera ventajosa también en el caso de cortocircuito las consecuencias perjudiciales con respecto a la batería. En este caso, es ventajosa la seguridad de una "batería sana" a través de rodeo de la red parcial de 14 V con una función simultánea como consumidor sacrificial para la seguridad de la sobrecorriente en caso de cortocircuito. Los conmutadores de potencia auto-sensibles (por ejemplo, Sensfet's) en la red parcial de 42 V son ventajosos para el reconocimiento del cortocircuito y para la desconexión.

Especialmente ventajoso es también el empleo de una limitación activa de la tensión con fase final MOS, a través de la cual se puede suprimir un gasto adicional en el caso de cambio de polaridad.

Dibujo

Los ejemplos de realización de la invención se representan en el dibujo y se explican en detalle en la descripción siguiente. En particular, la figura 1 muestra a modo de ejemplo una red de a bordo de dos tensiones en el caso de un cortocircuito entre los dos planos de la tensión, la figura 2 muestra una primera arquitectura sencilla de la red de a bordo y la figura 3 muestra una arquitectura ampliada de la red de a bordo, que está mejorada con respecto a la representada en la figura 2 y la figura 4 muestra una representación de un concepto general con fusible de la batería para el caso de choque y en el caso de cortocircuito. En la figura 5 se representa un ejemplo de otro circuito de protección.

Descripción

En la figura 1 se representan de forma esquemática los componentes, esenciales para la comprensión de la invención, de una red de a bordo de dos tensiones de un automóvil de acuerdo con el estado de la técnica. En particular, G designa el generador, por ejemplo un generador de corriente trifásica de polos intercalados, que es accionado por el motor del vehículo. El generador G suministra una tensión de salida U0, por ejemplo, de 42 V, que sirve directamente para la carga de la batería B1 con 36 V. La resistencia de la línea entre el generador G y la batería B1 se simboliza a través de las resistencias R1 y R2. Con el generador G están conectados los consumidores, que deben ser alimentados con la tensión U0, a través del distribuidor de la señal y de la potencia V1. En particular, se representan tres consumidores R6, R7 y R8, que se pueden conectar, por ejemplo, a través de conmutadores de semiconductores H1, 112 y H3 con el generador G. Estos conmutadores de semiconductores H1, H2 y H3 presentan, condicionados por la construcción, los diodos de inversión D1, D2 y D3 y las resistencias internas R3, R4 y R5.

Una segunda batería B2 es cargada por el generador G a través de un convertidor de tensión continua W1. El convertidor de tensión continua (convertidor DC/DC) W1 convierte la tensión U0 = 42 V en una tensión U1 = 14 V, que es adecuada para la carga de la batería B2 con una tensión nominal de 12 V. La alimentación de la tensión U1 por el convertidor de tensión W1 hacia la batería B2 se realiza a través del conmutador S1 y a través de la línea con la resistencia de la línea R9. La resistencia designada con R9 comprende también la resistencia interna de la batería B2.

La batería B2 sirve para la alimentación de consumidores, que necesitan una tensión más reducida, por ejemplo 12 V o bien 14 V. La conexión se lleva a cabo a través del distribuidor de la señal y de la potencia V2. Estos consumidores están designados con R13, R14 y R15 y se pueden conectar adicionalmente a través de los conmutadores de semiconductores H4, 115 y 116, que presentan en cada caso los diodos de inversión D4, D5 y D6. Las resistencias de la línea entre los consumidores R13, R14 y R15 están designadas con R10, R11 y R12.

A los consumidores, que deben ser alimentados a través de los SLV V2 con 12 V o bien con 14 V, pertenece todavía el circuito en serie de un diodo Zener Z1 y de otro diodo D7, que forman conjuntamente la protección contra sobretensión.

La selección de los consumidores para uno u otro plano de la tensión se lleva a cabo en función de las necesidades de la tensión para su funcionamiento óptimo. El arrancador puede ser conectado, por ejemplo, o bien a la batería de 12 V o a la batería de 36 V.

En el caso de utilización de conmutadores de semiconductores en el lado de 14 V, se vuelve conductor el conmutador con la carga de 14 V cortocircuitada a través del diodo de inversión siempre presente del conmutador de semiconductores respectivo y coloca de esta manera a todos los consumidores de 14 V en 42 V, con lo que están amenazados los consumidores, que no están diseñados para ello. En la figura 1 se representa un cortocircuito de este tipo. Una resistencia RK, que se encuentra en el lado de la tensión entre las resistencias R8 y R13, representa un cortocircuito, que o bien debe evitarse de acuerdo con la invención o debe aminorarse al menos en sus repercusiones. A continuación se explica todavía en detalle cómo se puede evitar un cortocircuito simbolizado a través de la resistencia RK o como se puede limitan en sus repercusiones.

En la figura 2 se representa otra forma de realización de una arquitectura de una red de a bordo de un vehículo de acuerdo con el estado de la técnica. En este caso, el generador se designa de nuevo con G, siendo indicada adicionalmente en la figura 2 la regulación del generador, que se lleva a cabo con la ayuda de elementos vibradores positivos, que están constituidos para un generador de corriente trifásica de una manera conocida como puente vibrador de impulsos PWR. La tensión U0 aparece en este caso en la salida del puente vibrador de impulsos PWR. La tensión U0 es alimentada a diferentes componentes de la red de a bordo de acuerdo con la figura 2, siendo realizada, e el ejemplo de realización seleccionado, la conexión de estos componentes en cada caso en un punto P1. En este punto P1 se conecta el terminal inteligente de la batería IBK1, a través del cual se alimenta la batería B1 con la tensión U0. Además, se pueden conectar también consumidores V1 a través del conmutador S2 directamente en el terminal inteligente de la batería IKK1 y, por lo tanto, se pueden conectar con la batería B1. A partir del Punto P1 se alimentan también el convertidor de tensión continua W1 así como los distribuidores de la señal y de la potencia SLV1, SLV2 a SLVn con la tensión U0, a través de la cual se pueden alimentar, por su parte, otros consumidores, de los cuales solamente se indican los consumidores R16, R17 y R18. Los convertidores de la señal y de la potencia (SLV) están conectados entre sí en el lado de entrada sobre 36 V o bien 42 V y sobre el lado de 12 V o bien 14 V, respectivamente, por lo que se encuentran en paralelo al convertidor de la tensión W1. En el lado de salida, los distribuidores de la señal y de la potencia suministran las tensiones de alimentación U0 o bien U1 para los consumidores R16, R17, R18 o bien R19, R20, R21.

El lado de baja tensión del convertido de tensión W1, en el que la tensión U1 es igual a 12 ó 14 V, conduce a través del terminal inteligente de la batería IBK2 a la batería B2. A través del conmutador S3 se pueden conectar otros consumidores V2 con el terminal inteligente de la batería con protección contra la sobretensión IBK2 y, por lo tanto, directamente con la batería B2.

Los planos de la tensión de 42 V y 14 V propiamente dichos están formados por los lados correspondientes de los distribuidores de la señal y de la potencia con los consumidores R16, R17 y R18 correspondientes simbólicamente para el plano de la tensión de 42 V y R19, R20, R21 simbólicamente para los consumidores del plano de la tensión de 14 V.

El ejemplo representado en la figura 2 para una arquitectura de una red de a bordo del vehículo representa una forma de realización estándar, que se mejora con la disposición representada en la figura 3. La diferencia entre el ejemplo de realización de la invención de acuerdo con la figura 3 y el ejemplo de acuerdo con la figura 2 consiste en que el convertidor de tensión W1 y el distribuidor de la señal y de la potencia SLV1 están reunidos y forman el convertidor W2. El distribuidor de la señal y de la potencia SLV1 del convertidor W2 está entonces en conexión con otros distribuidores de la señal y de la potencia SLV2 a SLVn y representa un maestro SLV, que asegura los distribuidores de la señal y de la potencia por satélite SLV2 a SLVn. Los satélites SLV pueden presentar convertidores DC/DC propios, donde el SLV y el convertidor DC/DC estén reunidos entonces al menos parcialmente. Los distribuidores de la señal y de la potencia comprenden, si es necesario, un microprocesador propio, que lleva a cabo de una manera automática las activaciones necesarias.

En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 3, por ejemplo, el convertidor de tensión W1 esté reunido con el distribuidor de la señal y de la potencia SLV1 para formar un componente W2 común. Al distribuidor de la señal y de la potencia SLVn está asociado un convertidor de tensión continua DC/DCn propio y el distribuidor de la señal y de la potencia SLV2 es alimentado o bien activado directamente por el distribuidor de la señal y de la potencia SLV1. Existen otras posibilidades de conexión en distribuidores de la señal y de la potencia. Los restantes componentes de la red de a bordo del ejemplo de realización de acuerdo con la figura 3 corresponden al ejemplo de acuerdo con la
figura 2.

Como se representa en la figura 1, en una red de a bordo de dos tensiones, por ejemplo en una red de a bordo con planos de la tensión de 14 V/12 V hacia masa, además de los cortocircuitos conocidos hacia masa, pueden aparecer otros errores o bien cortocircuitos, a saber, cortocircuitos entre 14 V y 42 V. Si como se representa en la figura 1, se emplean conmutadores de semiconductores H1 a H6 para la conexión o desconexión de consumidores, entonces están presentes de forma automática también diodos de inversión D1 a D6, que deben tenerse en cuenta. En el caso de utilización de conmutadores de semiconductores con diodo de inversión en el lado de 14 V, se vuelve conductor el conmutador con el consumidor de 14 V cortocircuitado a través del diodo de inversión correspondiente y conecta todas las cargas de 14 V con 42 V. Todos los consumidores de 14 V se encuentran, por lo tanto, en el caso de un único cortocircuito, en 42 V y están amenazados, puesto que habitualmente no están diseñados para ello. De acuerdo con la invención, ahora debe reducirse la posibilidad de un cortocircuito de 14 V/42 V y en el caso de que se produzca a pesar de todo un cortocircuito, deben protegerse al menos los consumidores de 14 V. Con la red de a bordo de vehículo representada en la figura 2, a través de configuraciones constructivas se pueden conseguir algunas medidas de protección. No obstante, en la figura 3 se representa la configuración más ventajosa de acuerdo con la invención de una arquitectura de una red de a bordo, con la que se pueden realizar todas las ventajas de la invención.

En una disposición de acuerdo con la arquitectura de la red de a bordo de vehículo representada en la figura 2, diferentes líneas pueden conducir desde la batería B1 de 36 V o bien de 42 V hacia el generador G, hacia el convertidor de tensión continua W1 y hacia los convertidores de la señal y de la potencia SLV1 a SLVn. Estas líneas no están aseguradas a través de conmutadores o fusibles, a excepción del terminal inteligente de la batería IBK1. Un cortocircuito de una de estas líneas con un consumidor de 14 V R19, R20, R21 o V2 no se puede corregir a través de la desconexión a 42 V, no obstante existe la posibilidad de efectuar la desconexión de la batería a través del terminal inteligente de la batería IBK1, pero de esta manera se desconecta toda la red de a bordo. Puesto que habitualmente los distribuidores de la señal y de la potencia SLV1 a SLVn están distribuidos en todo el vehículo y están dispuestos, por ejemplo, en el compartimiento del motor, en el panel de mando o en el maletero, se producen longitudes considerables de los cables, que hacen que se produzca un cortocircuito con relativa probabilidad. No obstante, también para la forma de realización sencilla de acuerdo con la figura 2 se pueden tomar medidas, que conducen a una reducción de la probabilidad de un cortocircuito.

Una primera medida para la reducción de la probabilidad de un cortocircuito en líneas de 42 V protegidas es la reunión o al menos la garantía de una proximidad espacial de un distribuidor central de la señal y de la potencia SLV1 con el convertidor de tensión continua W1 o con un convertidor de tensión continua adicional. De esta manera, se forma una unidad de control nueva, dentro de la cual las líneas y los conectores están realizados de tal forma que las zonas de 14 V y las zonas de 42 V están separadas al máximo unas de las otras.

Una segunda medida es la proximidad espacial de la batería y de la combinación correspondiente de los convertidores de tensión continua. De una manera alternativa a ello, el vibrador de impulsos PWR del generador G se puede combinar con el convertidor de tensión continua W1 o al menos se puede garantizar una proximidad espacial entre estos componentes.

Una tercera medida, que se posibilita con el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 3, consiste en no conectar los otros distribuidores de la señal y de la potencia directamente en la batería, sino asegurarlos, por decirlo así, como distribuidores de la señal y de la potencia por satélite a través de un distribuidor maestro de la señal y de la potencia.

Para la alimentación del lado de 14 V de la red de a bordo se pueden emplear de una manera alternativa convertidores de tensión continua (convertidores de DC/DC) centrales o descentralizados distribuidos localmente. Los convertidores descentralizados de tensión continua reducen la longitud de líneas de 14 V no protegidas y de esta manera reducen la probabilidad de que estas líneas entren en contacto con líneas de 42 V. En el caso de que se seleccione esta alternativa, se puede realizar la seguridad de nuevo a través de distribuidores maestros de la señal y de la potencia y se puede combinar el distribuidor de la tensión continua con un distribuidor de la señal y de la potencia por satélite para formar una instalación de control propia. Todas las medidas mencionadas contribuyen a reducir la probabilidad de un cortocircuito. No obstante, en el caso de que a pesar de todo se produzca un cortocircuito, se aplican de acuerdo con la invención al menos medidas que alivian las repercusiones del cortocircuito.

En el caso de un cortocircuito de 14 V/42 V, como se representa en la figura 1, se aplica en primer lugar la tensión de alimentación de 42 V en el consumidor de 14 V cortocircuitado. A través del diodo de inversión correspondiente del conmutador de semiconductores en el distribuidor de la señal y de la potencia se aplica a continuación la tensión de 42 V en todos los conmutadores de 14 V, que se protegen contra la sobretensión a través de conmutación. Por lo tanto, después de un periodo corto de tiempo, se aplica en todos, también en los consumidores de 14 V asegurados una tensión de 42 V, que puede conducir a la destrucción de los consumidores, en el caso de que no se tomasen contra medidas. Una posibilidad para impedir una destrucción consiste en utilizar, en lugar de los conmutadores de semiconductores con diodo de inversión, conmutadores libres de corriente de retorno, siendo entonces difícil una localización del cortocircuito en 42 V.

Otra alternativa consiste en conectar adicionalmente en el caso de un cortocircuito un consumidor fuerte de 14 V ("consumidor sacrificial"), por ejemplo una de las resistencias R19, R20, R21 y reducir la tensión resultante de una manera selectiva en la red. La alta corriente, que se ajusta a través del consumidor sacrificial, que fluye también a través del consumidor de alimentación de 42 V, ofrece la posibilidad de reconocer activamente el consumidor de alimentación, siendo reconocida la sobretensión con la ayuda de una medición de la corriente. Después del reconocimiento del consumidor, éste se puede desconectar o se puede llevar a cano una desconexión selectiva en el consumidor de 42 V con la ayuda de una función de seguridad implementada. La desconexión de la carga de alimentación de 42 V es en todos los casos la reacción que repara la red de la manera más efectiva y más económica.

Para el reconocimiento de la sobrecorriente de la carga de alimentación de 42 V o bien del consumidor de alimentación de 42 V se puede detectar en el distribuidor de la señal y de la potencia, por ejemplo en el SLV maestro en un bucle subordinado del programa en un ciclo de sincronización muy corto la corriente a través de la carga de 42 V, y una vez reconocida la sobrecorriente se puede llevar a cabo entonces una desconexión. Cuanto más corto es el tiempo entre la aparición del error y la desconexión de la carga de alimentación, tanto más corto es el tiempo, en el que aparece sobretensión en los consumidores de 14 V y tensión negativa en los consumidores de 42 V.

En el caso de que el cortocircuito haya aparecido en un consumidor de 42 V, que es alimentado por un distribuidor de la señal y de la potencia por satélite SLV, el distribuidor maestro de la señal y de la potencia SLV no tiene que separar de forma inmediata la línea con el satélite SLV, sino que debe dar a éste tiempo para que subsane el error. Si esto no se realizase dentro de un periodo de tiempo establecido, a pesar de todo el maestro SLV debe desconectar el satélite SLV, puesto que el cortocircuito se ha producido entonces presumiblemente en la línea de alimentación del satélite SLV.

Puesto que este tiempo no es indefinidamente corto, debería asegurarse que el consumidor sacrificial está diseñado de una manera correspondiente y no se destruye a través de la sobretensión o bien a través de la corriente que fluye a través del mismo. Una posibilidad es la inserción de un elemento de protección contra la sobretensión, como por ejemplo un limitador activo de la sobretensión similar a la protección Load-Dummp, que mantiene la tensión en una zona definida.

Una alternativa es la utilización de la batería de 12 V como consumidor sacrificial. La batería de 12 V y la batería de 36 V (tensión nominal) deben diseñarse de forma correspondiente, de tal manera que ambas baterías no se dañen durante el periodo de tiempo, que es necesario para el reconocimiento y la desconexión de la carga de alimentación y la tensión en la red oscila de forma pendular en un valor que ni daña a los consumidores del plano de la tensión de 42 V ni a los consumidores del plano de la tensión de 14 V.

En la figura 4 se representa otro concepto general de una red de a bordo. Esta red de a borde de vehículo, que está configurada como red de a bordo de 14/42 voltios (tensión de carga) o bien de 12/36 voltios (tensión nominal), comprende un concepto de seguridad previa, una supervisión del estado de la batería integrada en la gestión de la energía y una desconexión de la sobrecorriente integrada en los conmutadores individuales de la red parcial de 42 voltios.

El concepto general con la gestión de la batería eléctrica (EBM) y la gestión de la energía eléctrica (EEM) está constituido por un generador G, que puede estar configurado también como arrancador/generador y comprende de una manera preferida convertidores bidireccionales de tensión continua (convertidores DC/DC), un concepto de seguridad previa de la batería, una gestión de energía y un distribuidor de la señal y de la potencia (SLV) para la red parcial de 14 voltios o bien de 42 voltios. A la red parcial de 14 voltios pertenece todavía un arrancador St, que se necesita si solamente un generador está en 42 voltios o bien un arrancador auxiliar HSt, que es suficiente en el caso de un arrancador/generador de 42 voltios. El arrancador St debe diseñarse para un arranque externo y el arrancador auxiliar debe diseñarse para el apoyo del arrancador/generador en el caso de un arranque a baja temperatura.

El concepto de seguridad previa está constituido, por cada batería, por una unidad, que debería estar dispuesta en la proximidad de la conexión B+ (bulón B+) de la batería o en la proximidad inmediata de ella. Contiene fusibles para el generador o el arrancador/generador o bien para el arrancador St, en cada caos un conmutador electrónico para la red de a bordo y componentes para la detección de los parámetros del estado de la batería (estado de carga SOC y envejecimiento de la batería SOH). El cálculo del estado de la batería propiamente dicho se lleva a cabo de una manera preferida en la gestión de la energía, además de su cometido propiamente dicho de la seguridad del estado de carga de la batería en ambas redes parciales a través de la influencia sobre la sección de accionamiento y los consumidores. Todos los componentes se corresponden entre sí a través de un bus de la carrocería (por ejemplo bus CAN). La coordinación general está integrada en la gestión de la energía.

Con el concepto de seguridad previa descrito se pueden integrar de una manera más ventajosa en una unidad compacta las seguridades previas propiamente dichas para el generador y el convertidor DC/DC o bien el arrancador, el conmutador para la desconexión de la red de a bordo en caso de choque (activado a través de CAN desde el Airbag) y los componentes para la detección del estado de la batería (IB, UB, TB). En virtud de la disposición seleccionada, no se necesitan conmutadores de potencia conectados invertidos, por lo que la caída de la tensión a través del conmutador HL, con preferencia MOSFET de potencia, es más reducida.

Otra característica esencial del concepto de seguridad previa está contenida en los conmutadores (SLV) de la red parcial de 42 voltios. Éstos están realizados, por ejemplo, como Sensfet. La detección de la sobrecorriente propiamente dicha se puede realizar como HW (hardware), con lo que se garantiza que es posible una desconexión de la trayectoria de cortocircuito en la red parcial de 42 voltios en el intervalo de microsegundos. Esto es importante para que estén protegidos con seguridad los componentes de 14 voltios que están afectados por el cortocircuito.

La batería de 12/14 voltios, cuyo estado es supervisado, está en condiciones de mantener la red parcial de 14 voltios hasta la desconexión en el lado de 42 voltios con seguridad en un nivel no dañado. Además, es una garantía de que independientemente del estado momentáneo de la carga, en el caso de cortocircuito, se produce una sobrecorriente claramente reconocible en el circuito de cortocircuito.

En la figura 5 se representa un circuito de protección, en el que se utiliza un transistor de potencia 4, con preferencia un transistor de conmutación MOSFET con diodo integrado de circuito abierto 7. El transistor de potencia 4 es controlado en este caso por un comparador 1, a una de cuyas entradas 6 es alimentada una tensión de referencia Uref. La segunda entrada 5 del comparador 1 está conectada entre el circuito en serie de las resistencias 2 y 3, estando la resistencia 2 en conexión con el terminal KL30 y estando conectada la resistencia 3 con el terminal KL 31. El terminal KL30 corresponde en este caso al terminal de 12 o 14 voltios, respectivamente, de una red de a bordo habitual, mientras que el terminal KL 31 corresponde a la línea de masa.

El modo de funcionamiento del circuito se puede explicar de la siguiente manera: la tensión en el terminal de 14 voltios es conducida a través del divisor de la tensión con las resistencias 2 y 3 sobre el terminal de masa KL31. La tensión que se aplica entre las dos resistencias 2 y 3 se mide o bien se alimenta a la entrada del comparador 1 y se compara con la tensión de referencia Uref. De acuerdo con la corriente que fluye a través de las resistencias 2, 3 cae en la resistencia 3 la tensión U2. Si esta tensión U2, que se alimenta al comparador 1, excede la tensión de referencia Uref predeterminada, entonces el transistor de potencia 4 activado se vuelve conductor y de esta manera limita la tensión al valor que se define a través de las resistencias 2 y 3. A través de la selección de las resistencias 2 y 3 se puede predeterminad de esta manera una tensión determinada. El transistor de potencia 4 forma, por lo tanto, una limitación activa de la tensión.

Si se alimenta la red de a bordo a través de una tensión negativa, se conecta de forma conductora el diodo dirigido hacia atrás (diodo de inversión) 7 del transistor de potencia 4. En la red de a bordo se ajusta entonces como tensión negativa máxima la tensión de la esclusa del diodo de inversión 7. Este valor se puede predeterminar en su magnitud. El diodo de inversión asume de esta manera una función de protección, que tiene frente a una combinación posible con un diodo Zener, la ventaja de que se puede ajustar una banda de tolerancia más estrecha para la tensión. Con el circuito representado en la figura 5 se consigue de una manera ventajosa limitar tanto un cortocircuito como también las tensiones negativas.

Claims (11)

1. Red de a bordo de tensión múltiple con al menos dos planos de tensión con dos tensiones (U0, U1) diferentes de masa, con un generador (G), que genera una de las tensiones (U0), y con al menos un convertidor de tensión (W1, W2), que genera a partir de la primera tensión (U0) la segunda tensión (U1), con consumidores (R16 a R21), que se pueden accionar a través de medios de conmutación (SLV1, SLV2, SLVn) con una de las tensiones (U0, U1), y con al menos una batería (B1, B2) para la alimentación de los consumidores (R16 a R21), en la que están previstos medios para la protección contra cortocircuito, que reducen el peligro de la aparición de un cortocircuito y/o reducen las repercusiones de un cortocircuito entre las dos tensiones (U0, U1) y protegen, dado el caso, a los consumidores (R19, R20, R21) amenazados en el lado de baja tensión en el caso de cortocircuito, caracterizada porque los medios de conmutación (SLV1, SLV2, SLVn) conectan adicionalmente en el caso de cortocircuito al menos uno de los consumidores (R19, R20, R21) en el lado de baja tensión, en la que al menos un consumidor (R19, R20, R21) en el lado de baja tensión está diseñado de tal forma que puede conducir la corriente, que aparece en un cortocircuito entre los dos planos de la tensión y de esta manera reduce la sobretensión presente con respecto al plano más bajo de la tensión en combinación con una resistencia interior (R1, R9) de al menos una batería (B1, B2).

2. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque se trata de una red de a bordo de tensión múltiple en un automóvil, porque está presente una primera batería (B2) con una tensión nominal (U1) de 12 V y una segunda batería (B1) con una tensión nominal de 36 V (U0) y un terminal de conexión alejado de masa de al menos una de las baterías (B1, B2) está configurado como terminal de batería inteligente (IBK1, IBK2), que presenta propiedades predeterminadas y comprende especialmente una desconexión de la sobretensión.

3. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque al convertidor de tensión (W1) está asociado al menos un distribuidor de la señal y de la potencia (SLV1), que comprende al menos un microprocesador, que asume la distribución de la energía eléctrica y que controla, dado el caso, otros distribuidores de la señal y de la potencia (SLV2, SLVn).

4. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las líneas no utilizadas de 36 V y de 42 V, respectivamente, están agrupadas y están colocadas en la proximidad espacial de un distribuidor central de la señal y de la potencia (SLV1), especialmente con un convertidor de la tensión y las líneas de la red de a bordo de 12 V y de 14 V, respectivamente, están incorporadas lo más lejos posible de la red de a bordo de 36 V y de 42 V, respectivamente.

5. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al generador (G) está asociado un vibrador de impulsos (PWR), que rectifica la tensión de salida del generador (G) y alimenta la tensión rectificada (U0) al convertidor de tensión continua (W1, W2).

6. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los distribuidores de la señal y de la potencia (SLV2, SLVn) están configurados como distribuidores de la señal y de la potencia por satélite, que están controlados y/o asegurados por medio de un distribuidor maestro de la señal y de la potencia (SLV1).

7. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos un medio de conmutación (SLV1, SLV2, SLVn), a través del cual se puede colocar a un consumidor (R16 a R21) correspondiente en tensión (U0, U1), presenta medios para la medición de la corriente, que indican un cortocircuito en el caso de una corriente demasiado alta.

8. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada porque al menos un consumidor (R16 a R21) es un conmutador de potencia, especialmente un transistor de potencia MOSFET (4).

9. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque el transistor de potencia (4) se puede controlar por un comparador (1).

10. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque el transistor de potencia (4) se conmuta de forma conductora en el caso de que se exceda una tensión de referencia (Uref) predeterminada y limita la corriente sobre dos resistencias (2, 3) conectadas en serie.

11. Red de a bordo de tensión múltiple de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque a través del empleo de medios correspondientes para la realización de las funciones de gestión se ha alcanzado un concepto general para una gestión de la batería eléctrica (EBM) y de la energía eléctrica (EEM).