用于車輛的車載電氣網絡結構的制作方法

本實用新型涉及一種用于車輛、特別是機動車的車載電氣網絡結構。特別的，本實用新型涉及對布置在發動機室中的元件(負載)的供電，例如點火裝置、水泵、氣門控制或調解裝置、起動繼電器及其他傳感器和驅動器。

背景技術：

圖1示出一種已知的車載電氣網絡結構。該結構中，通常布置在車輛后方(例如后備箱)中的車用電池1經由起動線路2與起動器S 和發電機G相連。此外，車用電池1與通常也布置在車輛后方的主配電器3相連。后配電器4和前配電器5分別經由線路6和線路7連接到主配電器3上。起動線路2和用于將主配電器3連接到電池1上的線路10都與電池1的正極11相連。負極12通過車體接地。同樣的情況適用于起動器S和發電機G。另外，發動機室中布置有發動機配電器8，該發動機配電器8經由專用線路9連接到主配電器3。

在發動機配電器供電的情況下一方面必須注意電壓不足的問題并且另一方面必須注意電磁兼容的問題。特別是車輛后方布置有電池的車輛中，起動時(即起動過程中)在起動器及外部起動支點處的電壓嚴重下降(起動電壓降)。因為高電壓經過起動電流高的起動線路而下降，所以起動電壓降特別大。為了使該起動電壓降不會導致發動機配電器的電壓降，設置有將發動機配電器與主車載電氣網絡、主配電器3相連的專用線路9，使得能夠經由主配電器3對發動機配電器8及與其相連接的負載19進行供電，而不依賴于起動過程的電壓降。

一些連接到發動機配電器的負載，例如點火裝置和氣門控制或調整裝置是“臟”耗電器，它們可能給車載電氣網絡帶來嚴重的傳導干擾。為了減少這種反作用，再次設置專用線路9，該線路9使得發動機配電器8不與前配電器5相連，而是直接與位于后方的主配電器3相連。

為了諸如點火裝置、氣門調整裝置、水泵、起動器繼電器及其他傳感器和驅動器的發動機功能單元的供電，設置有前述專用線路9，以補償或糾正上述問題。但是，專用線路9會導致成本增加，并且增加重量約400g至500g。

技術實現要素：

在當前背景下，本實用新型的任務在于提供一種前文所述的車載電氣網絡結構，這種車載電氣網絡結構能夠更節省成本、減輕重量，并且能補償或糾正電壓低和電磁兼容問題。

上述任務通過根據本實用新型的用于車輛的車載電氣網絡結構來解決，該用于車輛的車載電氣網絡結構，包括：

電池，

起動器，所述起動器經由起動線路與所述電池的正極相連，設置成在起動過程中用于車輛的發動機的起動；

主配電器，所述主配電器經由主配電器線路與所述電池的所述正極相連；以及

發動機配電器，

其特征在于，所述發動機配電器經由第一發動機配電器線路與所述起動線路相連，并且經由第二發動機配電器線路與所述主配電器相連，其中在所述發動機配電器線路與連接到所述發動機配電器的負載之間布置有電源開關，所述電源開關設置成使得所述發動機配電器經由所述第一發動機配電器線路和所述起動線路直接由來自所述電池的電流供電，并且在所述起動過程中，經由所述第二發動機配電器線路臨時由來自所述主配電器的電流供電。

根據一方面，發動機配電器經由啟動線路供電，該起動線路也可以同時是發電機線路。在這條線路中引入干擾也沒有問題，因為這條線路的故障能夠通過電池緩解，而不會導致主車載電氣網絡(主配電器)中的故障，由此至少實現了與專用線路類似的作用。這種情況下，起動線路能夠容易地帶動發動機配電器的負載。為了避免電壓低的問題，發動機配電器在起動時短暫地經由前配電器從主車載電氣網絡(主配電器)供電。通過(電子)發動機配電器中的電源開關實現將起動線路短暫換流到主車載電氣網絡。

根據一方面，提出用于車輛的具有電池和起動器的車輛電氣網絡結構。起動器也可以被稱為起動裝置。該起動器經由起動線路與電池正極相連，并在起動過程中用于車輛的發動機的起動。此外，還設置有主配電器。所述主配電器形成車輛的主車載電氣網絡，并通過主配電器線路與電池正極相連。此外，還設置有發動機配電器，用于向發動機室中的車輛的元件供電。與上述現有技術不同，發動機配電器主要經由起動線路供電，并且在起動過程中僅可選地由主配電器供電。為此，發動機配電器與起動線路相連，并通過發動機配電器線路與主配電器相連。后者能夠實現為發動機配電器經由發動機配電器線路與主配電器的直接連接，或者借助發動機配電器線路的經由發動機配電器與車輛的前配電器的連接的間接連接，其中前配電器又與主配電器相連。通過這種設計，能夠將發動機配電器經由起動線路直接由來自電池的電流充電，或者在起動過程中臨時由來自主配電器的電流充電。由此可以放棄專用線路，從而能夠節省專用線路的重量。因為使用現有的線路作為起動線路，該車載電氣網絡結構與現有技術相比仍然減少了專用該線路，所以也降低了本車載電氣網絡結構的成本。關于上述電磁兼容的問題，提供起動電路，因為這條路徑上的故障通過電池緩解，并且不會出現在主車載電氣網絡(主配電器)中。起動過程中出現在起動線路上發生的電壓低的問題，也能夠這樣彌補，即發動機配電器在起動過程中不經由起動線路，而由主車載電氣網絡，即主配電器供電。

為了在起動過程中將發動機配電器的供電系統短暫地換流到主配電器上，可以設置從屬于發動機配電器的電源開關。通過該電源開關，能夠控制發電機配電器由來自主配電器的電流臨時供電。

根據一種實施方式，在起動線路與連接到發動機配電器的負載之間連接有第一晶體管。第二晶體管布置在發動機配電器線路與連接到發動機配電器的負載之間。優選的，晶體管是所謂的場效應管 (Mosfets)。對此需要說明的是，這里并不是指場效應管的原始材料描述，而更多的是指這種柵層堆疊(Gate-Schichtstapels)的結構。優選的，晶體管是發動機配電器的部分，即布置在發動機配電器中。通過使用晶體管、特別是場效應管，能夠以簡單的方式和方法在起動過程中實現上述換流。

根據一種變型，晶體管(場效應管)這樣切換，當電流流向負載時，晶體管導電(R約為R_DSON，例如1mOhm)，而當要改變電流方向時切斷(R無窮大)。為此，設置有確定電流流動的方向的控制電路。這例如可以通過測量場效應管的電阻器R_DSON處的電壓來實現。由此，場效應管具備理想二極管的功能。朝向負載的輸出電壓為U_M＝max(U _起動線路；U_主配電器)。這樣布置的優點在于電源開關能夠根據電流流動的方向自給自足地工作，并且不需要用于晶體管的控制線路。此外，負載經兩條路徑冗余地供電，從而實現更高的可用性。本電路尤其有意義的是當車載電氣網絡結構還具有發電機(Lichtmaschine)時，該發電機經由起動線路與電池正極相連，并在運行時為電池供電(充電)。此外，在這種設計方案中，當發動機起動或發電機運行(操作)時，會出現電磁兼容性的有效的干擾。當發電機饋電時，激勵上升，則能夠推斷發電機的電壓電平高于電池及主配電器的電壓電平。基于上述前提，電源開關總是接通直至起動線路的電流路徑。

可選的，發電機也可以經由單獨的發電機線路與主配電器相連，并在運行時，為主配電器供電。這種情況及在上文提及的情況下，優選的，將第一晶體管和第二晶體管(場效應管)分別經由一條控制線路與終端連接。該終端首先起到了開關(開/關)的作用。終端的上游是電子部件或開關邏輯，其在一定條件下控制終端的接通和斷開。這里，在終端斷開的情況下，第一晶體管接通以導電(至負載)，而第二晶體管斷開；在終端接通的情況下，第一晶體管斷開，而第二晶體管接通以導電(至負載)。這種設計方案中，終端的控制基于對起動線路的電壓和發動機配電器線路的電壓的比較。特別是，當起動線路的電壓大于減去特定值的發動機配電器線路的電壓時(U_起動線路>U_主配電器–xV)，終端斷開。xV例如可以是1V。這一前提下，第一晶體管接通，并且經由起動線路向發動機配電器供電。除此之外，終端接通。如果不滿足上述比較且終端接通，則第二晶體管接通，并且由主配電器，即經由發動機配電器線路向發動機配電器供電。

在正常的行駛操作下，經由起動線路向連接到發動機配電器連的負載供電。然而，第二晶體管僅能在一個方向上(源極向漏極)切斷。不過，在從主配電器和發動機配電器線路向負載(漏極向源極)的方向上，第二晶體管的基底二極管有效。該基底二極管通常具有0.8-1V 的正向電壓。這一特性一方面具有積極作用，因為發電機的電壓峰經由第二晶體管的基底二極管、經過連接到發動機配電器的負載衰減。另一方面，第二晶體管處設置有溫度傳感器，因為在峰值情況下的電流導致晶體管中的損耗(電流×1V)。如果晶體管升溫過高，為了保護它必須連通晶體管，從而失去電源開關的功能。

為了阻止后者的發生，可以在第二晶體管與連接到發動機配電器的負載之間與基底二極管反向串聯地布置第三晶體管，特別是第三場效應管。第三晶體管允許切斷經由第二晶體管的基底二極管的電流。從而具有以下優點。第二晶體管的基底二極管仍然能夠用于發電機峰值的衰減。在這種情況下，第三晶體管連通，即允許電流流向負載。如果第二晶體的功率損耗過高，則第三晶體管切斷該路徑，并且避免第二晶體管的損壞。為此，第三晶體管經由控制線路連接到終端，該終端根據第二晶體管的溫度接通或斷開第三晶體管。換言之，溫度傳感器布置在第二晶體管，特別是第二晶體管的二極管處，并且第三晶體管經由控制線路連接到另一終端連。終端接通時，第三晶體管斷開，其中當溫度傳感器得到的溫度超過預定臨界值時，終端接通。可選的，也可以考慮當經由起動線路進行供電時(終端斷開)，基本切斷從主配電器經發動機配電器線路至發動機配電器的路徑。在這種情況下，第三晶體管經由控制線路連接到終端，并在終端斷開時接通。

根據一種改進方案，優選的，各個負載中的連接到發動機配電器的一個(優選的多個，最優選的全部)負載前置有晶體管(第四晶體管)，特別是場效應管。這與發動機配電器的完整的電子設計方案相對應。以電子方式經由第四晶體管實現終端開關(Klemmenschalten) 和對連接的負載的保護，由此得出線路的電子保護及電子終端電路 (Klemmenschaltung)的優點。通過對超載/短路切斷的可配置的、調節了的釋放特性曲線電纜的橫截面能夠朝著連接到發動機配電器的負載的方向減少。比起繼電器，場效應管的切換更快，從而基本得到新的能源管理功能。場效應管使得能夠實現大量的切換循環，并且在溫度非常低的情況下也不會發生質量限制(不會發生在使用繼電器時可能出現的凍結)。前置的由第一晶體管、第二晶體管和必要時第三晶體管組成的電源開關具有以下優點，即同時用于反極性保護，并在反極性情況下阻止電流。

本實用新型的其他優點和特征可以從對優選實施方式的以下說明中獲得。所述特征可以單獨實施，如果不相互矛盾，這些特征也可以相互組合地實施。

附圖說明

圖1示出現有技術的車載電氣網絡結構的示意電路圖；

圖2示出根據第一方面的車載電氣網絡結構的示意電路圖；

圖3示出根據第二方面的車載電氣網絡結構的示意電路圖；

圖4示出用于圖2的車載電氣網絡結構中的電源開關 (Stromweiche)的一種可行的設計方案；

圖5示出用于圖2或圖3的車載電氣網絡結構中的電源開關的另一種可行的設計方案；

圖6示出用于圖2或圖3的車載電氣網絡結構中的電源開關的另一種可行的設計方案；以及

圖7示出用于圖2或圖3的車載電氣網絡結構中的電源開關的另一種可行的設計方案。

具體實施方式

在不同種類的圖示中，相同的附圖標記表示相同或相似的元件，且不再重復說明。

圖2中，通常布置在車輛后方(例如后備箱)中的車用電池1經由起動線路2與起動器S和發電機G相連。此外，車用電池1與通常也布置在車輛后方的主配電器3相連。后配電器4和前配電器5分別經由線路6和線路7連接到主配電器3上。起動線路2和用于將主配電器3連接到電池1上的線路10都連接到電池1的正極11上。負極 12通過車體接地。同樣的情況適用于起動器S和發電機G。另外，發動機艙中布置有發動機配電器8。就此而言，圖2中的車載電氣網絡結構與圖1中的現有技術的車載電氣網絡結構是有可比性的。

與現有技術不同，此處，發動機配電器8經由線路14和起動線路 12直接連接到電池1的正極11。換句話說，線路14將起動線路2與發動機配電器8相連。另外，發動機配電器8還經由另一線路13連接到前配電器5。在線路13、14與連接到發動機配電器8的負載19之間布置有電源開關15。在如圖4示出的第一實施例中，電源開關15由第一晶體管(此處為場效應管)18和第二晶體管(此處為場效應管)17 組成。圖4示出的電源開關15自給自足(autark)地工作。為此設置有控制電路，該控制電路確定電流的方向，即確定電流朝負載19的方向流動還是朝相反方向流動。將晶體管17、18切換為使得當電流朝負載19的方向流動時其導通電流，并且當要改變電流方向時切斷電流。這種情況下，例如可以通過在晶體管17、18的電阻器R_DSON處的電壓測量來實現電流方向的確定。因此，兩個晶體管17、18執行理想二極管的功能，且朝向負載19的輸出電壓總是與起動線路2或線路14或與前配電器5相連的發動機配電器線路13的最大電壓相一致，從而與主配電器3的電壓一致。

通過電源開關15例如能夠實現通常由電池1經由起動線路2、線路14和第一晶體管18對發動機配電器8的負載19供電。如果起動車輛時在起動線路2中發生電壓降，則電流方向改變，并且晶體管18切斷，使得能夠經由主配電器3、前配電器5、線路13和第二晶體管17 向發動機配電器8的負載19供電。

圖3示出可選的車載電氣網絡結構，其主要通過使得發電機G不在電池1中而是在主配電器3中，并由此向主車載電氣網絡中饋電而與前述圖2的結構不同。由此線路7是將主配電器3與發電機G相連的發電機線路。前配電器5連接到線路7上，發動機配電器8經由線路13也連接到線路7上。圖4中的電源開關在本設計方案中可以不使用，因為電源開關一直朝著發電機側整流，并且發動機配電器的負載的電流位于主車載電氣網絡中，即與主配電器3鄰接。

相應地，圖5中示出的電源開關也被提議為可選的方案。電源開關既可以用于圖2示出的車載電氣網絡結構中，也可以用于圖3示出的車載電氣網絡結構中。

與圖4不同，晶體管17、18在此經由控制線路連接到終端20。終端20與具有開/關功能的開關相對應，該開關根據預設的參數接通或斷開。為此預定了開關邏輯。開關邏輯特別地預定為，當終端20斷開時，第一晶體管18接通或打開，而第二晶體管17斷開。當終端20接通時，第二晶體管17接通，并且第一晶體管18斷開。另外，當起動線路2的電壓高于前配電器5輸出的電壓(即線路13中的電壓減去預設值，例如1伏)時，終端20斷開。除此之外，終端20都接通。

在正常的行駛模式下，經由起動線路2向連接到發動機配電器的負載19供電。然而，第二晶體管17僅能在一個方向上(源極向漏極) 切斷。不過，在從主配電器2或發動機配電器線路13向負載19的方向(漏極向源極)上，第二晶體管17的基底二極管有效。該基底二極管通常具有0.8-1V的正向電壓。這一特性一方面具有積極作用，因為發電機G的電壓峰值能夠經由第二晶體管17的基底二極管經過連接到發動機配電器8的負載19衰減。另一方面，第二晶體管17處設置有溫度傳感器，因為在峰值情況下的電流導致了晶體管17中的損耗的轉換(電流*1V)。如果晶體管17升溫過高，為了保護它則必須將其連通，從而失去電源開關功能。

為了阻止后者的發生，可以如圖6所示，在第二晶體管17與連接到發動機配電器8的負載19之間，與基底二極管反向串聯地布置第三晶體管21，特別是第三場效應管。第三晶體管21允許切斷經由第二晶體管17的基底二極管的電流。從而具有以下優點。第二晶體管17的基底二極管仍然能夠用于發電機峰值的衰減。在這種情況下，第三晶體管21接通，即允許朝向負載19的電流。如果第二晶體管的功率損耗過高，則第三晶體管21切斷該路徑，并且避免第二晶體管17的損壞。為此，第三晶體管21經由控制線路連接到另一未示出的終端，該終端依據第二晶體管17的溫度接通或斷開第三晶體管21。可選的，也可以考慮當經由起動線路2進行供電(終端20斷開)時，基本切斷從主配電器3(這里指前配電器5或發電機線路7)經發動機配電器線路 13至發動機配電器8的路徑。在這種情況下，第三晶體管21經由控制線路連接到終端20，并在斷開終端時接通。

根據如圖7所示的另一種實施方式，各個負載19中的所有連接到發動機配電器8的負載19前置有晶體管22(第四晶體管)，特別是場效應管。這與發動機配電器8的完整的電子設計方案相對應。以電子方式經由第四晶體管22實現終端開關和對連接的負載19的保護，由此得出線路的電子保護及電子終端電路的優點。通過對過載/短路斷路的可配置的、調整了的釋放特性曲線，降低了連接到發動機配電器8 的負載19的線纜的截面。比起繼電器，場效應管的切換更快，從而基本得到新的能源管理功能。場效應管使得能夠實現大量的切換循環，并在溫度非常低的情況下也不會發生質量限制(不會發生在使用繼電器時可能出現的凍結)。上游的由第一晶體管18、第二晶體管17和必要時的第三晶體管21組成的電源開關15具有以下優點，即其同時用于反極性保護，并在反極性情況下阻止電流。

明顯的是，電源開關的上述設計方案能夠用于各種車載電氣網絡結構中。圖2和圖3示出了兩種這樣的車載電氣網絡結構，其中圖4 至圖7中的不同的電源開關能夠用于根據圖2的車載電氣網絡結構，圖5至圖7中的不同電源開關能夠用于根據圖3的車載電氣網絡結構。