用于车辆的车载电气网络结构的制作方法

本实用新型涉及一种用于车辆、特别是机动车的车载电气网络结构。特别的，本实用新型涉及对布置在发动机室中的元件(负载)的供电，例如点火装置、水泵、气门控制或调解装置、起动继电器及其他传感器和驱动器。

背景技术：

图1示出一种已知的车载电气网络结构。该结构中，通常布置在车辆后方(例如后备箱)中的车用电池1经由起动线路2与起动器S 和发电机G相连。此外，车用电池1与通常也布置在车辆后方的主配电器3相连。后配电器4和前配电器5分别经由线路6和线路7连接到主配电器3上。起动线路2和用于将主配电器3连接到电池1上的线路10都与电池1的正极11相连。负极12通过车体接地。同样的情况适用于起动器S和发电机G。另外，发动机室中布置有发动机配电器8，该发动机配电器8经由专用线路9连接到主配电器3。

在发动机配电器供电的情况下一方面必须注意电压不足的问题并且另一方面必须注意电磁兼容的问题。特别是车辆后方布置有电池的车辆中，起动时(即起动过程中)在起动器及外部起动支点处的电压严重下降(起动电压降)。因为高电压经过起动电流高的起动线路而下降，所以起动电压降特别大。为了使该起动电压降不会导致发动机配电器的电压降，设置有将发动机配电器与主车载电气网络、主配电器3相连的专用线路9，使得能够经由主配电器3对发动机配电器8及与其相连接的负载19进行供电，而不依赖于起动过程的电压降。

一些连接到发动机配电器的负载，例如点火装置和气门控制或调整装置是“脏”耗电器，它们可能给车载电气网络带来严重的传导干扰。为了减少这种反作用，再次设置专用线路9，该线路9使得发动机配电器8不与前配电器5相连，而是直接与位于后方的主配电器3相连。

为了诸如点火装置、气门调整装置、水泵、起动器继电器及其他传感器和驱动器的发动机功能单元的供电，设置有前述专用线路9，以补偿或纠正上述问题。但是，专用线路9会导致成本增加，并且增加重量约400g至500g。

技术实现要素：

在当前背景下，本实用新型的任务在于提供一种前文所述的车载电气网络结构，这种车载电气网络结构能够更节省成本、减轻重量，并且能补偿或纠正电压低和电磁兼容问题。

上述任务通过根据本实用新型的用于车辆的车载电气网络结构来解决，该用于车辆的车载电气网络结构，包括：

电池，

起动器，所述起动器经由起动线路与所述电池的正极相连，设置成在起动过程中用于车辆的发动机的起动；

主配电器，所述主配电器经由主配电器线路与所述电池的所述正极相连；以及

发动机配电器，

其特征在于，所述发动机配电器经由第一发动机配电器线路与所述起动线路相连，并且经由第二发动机配电器线路与所述主配电器相连，其中在所述发动机配电器线路与连接到所述发动机配电器的负载之间布置有电源开关，所述电源开关设置成使得所述发动机配电器经由所述第一发动机配电器线路和所述起动线路直接由来自所述电池的电流供电，并且在所述起动过程中，经由所述第二发动机配电器线路临时由来自所述主配电器的电流供电。

根据一方面，发动机配电器经由启动线路供电，该起动线路也可以同时是发电机线路。在这条线路中引入干扰也没有问题，因为这条线路的故障能够通过电池缓解，而不会导致主车载电气网络(主配电器)中的故障，由此至少实现了与专用线路类似的作用。这种情况下，起动线路能够容易地带动发动机配电器的负载。为了避免电压低的问题，发动机配电器在起动时短暂地经由前配电器从主车载电气网络(主配电器)供电。通过(电子)发动机配电器中的电源开关实现将起动线路短暂换流到主车载电气网络。

根据一方面，提出用于车辆的具有电池和起动器的车辆电气网络结构。起动器也可以被称为起动装置。该起动器经由起动线路与电池正极相连，并在起动过程中用于车辆的发动机的起动。此外，还设置有主配电器。所述主配电器形成车辆的主车载电气网络，并通过主配电器线路与电池正极相连。此外，还设置有发动机配电器，用于向发动机室中的车辆的元件供电。与上述现有技术不同，发动机配电器主要经由起动线路供电，并且在起动过程中仅可选地由主配电器供电。为此，发动机配电器与起动线路相连，并通过发动机配电器线路与主配电器相连。后者能够实现为发动机配电器经由发动机配电器线路与主配电器的直接连接，或者借助发动机配电器线路的经由发动机配电器与车辆的前配电器的连接的间接连接，其中前配电器又与主配电器相连。通过这种设计，能够将发动机配电器经由起动线路直接由来自电池的电流充电，或者在起动过程中临时由来自主配电器的电流充电。由此可以放弃专用线路，从而能够节省专用线路的重量。因为使用现有的线路作为起动线路，该车载电气网络结构与现有技术相比仍然减少了专用该线路，所以也降低了本车载电气网络结构的成本。关于上述电磁兼容的问题，提供起动电路，因为这条路径上的故障通过电池缓解，并且不会出现在主车载电气网络(主配电器)中。起动过程中出现在起动线路上发生的电压低的问题，也能够这样弥补，即发动机配电器在起动过程中不经由起动线路，而由主车载电气网络，即主配电器供电。

为了在起动过程中将发动机配电器的供电系统短暂地换流到主配电器上，可以设置从属于发动机配电器的电源开关。通过该电源开关，能够控制发电机配电器由来自主配电器的电流临时供电。

根据一种实施方式，在起动线路与连接到发动机配电器的负载之间连接有第一晶体管。第二晶体管布置在发动机配电器线路与连接到发动机配电器的负载之间。优选的，晶体管是所谓的场效应管 (Mosfets)。对此需要说明的是，这里并不是指场效应管的原始材料描述，而更多的是指这种栅层堆叠(Gate-Schichtstapels)的结构。优选的，晶体管是发动机配电器的部分，即布置在发动机配电器中。通过使用晶体管、特别是场效应管，能够以简单的方式和方法在起动过程中实现上述换流。

根据一种变型，晶体管(场效应管)这样切换，当电流流向负载时，晶体管导电(R约为R_DSON，例如1mOhm)，而当要改变电流方向时切断(R无穷大)。为此，设置有确定电流流动的方向的控制电路。这例如可以通过测量场效应管的电阻器R_DSON处的电压来实现。由此，场效应管具备理想二极管的功能。朝向负载的输出电压为U_M＝max(U _起动线路；U_主配电器)。这样布置的优点在于电源开关能够根据电流流动的方向自给自足地工作，并且不需要用于晶体管的控制线路。此外，负载经两条路径冗余地供电，从而实现更高的可用性。本电路尤其有意义的是当车载电气网络结构还具有发电机(Lichtmaschine)时，该发电机经由起动线路与电池正极相连，并在运行时为电池供电(充电)。此外，在这种设计方案中，当发动机起动或发电机运行(操作)时，会出现电磁兼容性的有效的干扰。当发电机馈电时，激励上升，则能够推断发电机的电压电平高于电池及主配电器的电压电平。基于上述前提，电源开关总是接通直至起动线路的电流路径。

可选的，发电机也可以经由单独的发电机线路与主配电器相连，并在运行时，为主配电器供电。这种情况及在上文提及的情况下，优选的，将第一晶体管和第二晶体管(场效应管)分别经由一条控制线路与终端连接。该终端首先起到了开关(开/关)的作用。终端的上游是电子部件或开关逻辑，其在一定条件下控制终端的接通和断开。这里，在终端断开的情况下，第一晶体管接通以导电(至负载)，而第二晶体管断开；在终端接通的情况下，第一晶体管断开，而第二晶体管接通以导电(至负载)。这种设计方案中，终端的控制基于对起动线路的电压和发动机配电器线路的电压的比较。特别是，当起动线路的电压大于减去特定值的发动机配电器线路的电压时(U_起动线路>U_主配电器–xV)，终端断开。xV例如可以是1V。这一前提下，第一晶体管接通，并且经由起动线路向发动机配电器供电。除此之外，终端接通。如果不满足上述比较且终端接通，则第二晶体管接通，并且由主配电器，即经由发动机配电器线路向发动机配电器供电。

在正常的行驶操作下，经由起动线路向连接到发动机配电器连的负载供电。然而，第二晶体管仅能在一个方向上(源极向漏极)切断。不过，在从主配电器和发动机配电器线路向负载(漏极向源极)的方向上，第二晶体管的基底二极管有效。该基底二极管通常具有0.8-1V 的正向电压。这一特性一方面具有积极作用，因为发电机的电压峰经由第二晶体管的基底二极管、经过连接到发动机配电器的负载衰减。另一方面，第二晶体管处设置有温度传感器，因为在峰值情况下的电流导致晶体管中的损耗(电流×1V)。如果晶体管升温过高，为了保护它必须连通晶体管，从而失去电源开关的功能。

为了阻止后者的发生，可以在第二晶体管与连接到发动机配电器的负载之间与基底二极管反向串联地布置第三晶体管，特别是第三场效应管。第三晶体管允许切断经由第二晶体管的基底二极管的电流。从而具有以下优点。第二晶体管的基底二极管仍然能够用于发电机峰值的衰减。在这种情况下，第三晶体管连通，即允许电流流向负载。如果第二晶体的功率损耗过高，则第三晶体管切断该路径，并且避免第二晶体管的损坏。为此，第三晶体管经由控制线路连接到终端，该终端根据第二晶体管的温度接通或断开第三晶体管。换言之，温度传感器布置在第二晶体管，特别是第二晶体管的二极管处，并且第三晶体管经由控制线路连接到另一终端连。终端接通时，第三晶体管断开，其中当温度传感器得到的温度超过预定临界值时，终端接通。可选的，也可以考虑当经由起动线路进行供电时(终端断开)，基本切断从主配电器经发动机配电器线路至发动机配电器的路径。在这种情况下，第三晶体管经由控制线路连接到终端，并在终端断开时接通。

根据一种改进方案，优选的，各个负载中的连接到发动机配电器的一个(优选的多个，最优选的全部)负载前置有晶体管(第四晶体管)，特别是场效应管。这与发动机配电器的完整的电子设计方案相对应。以电子方式经由第四晶体管实现终端开关(Klemmenschalten) 和对连接的负载的保护，由此得出线路的电子保护及电子终端电路 (Klemmenschaltung)的优点。通过对超载/短路切断的可配置的、调节了的释放特性曲线电缆的横截面能够朝着连接到发动机配电器的负载的方向减少。比起继电器，场效应管的切换更快，从而基本得到新的能源管理功能。场效应管使得能够实现大量的切换循环，并且在温度非常低的情况下也不会发生质量限制(不会发生在使用继电器时可能出现的冻结)。前置的由第一晶体管、第二晶体管和必要时第三晶体管组成的电源开关具有以下优点，即同时用于反极性保护，并在反极性情况下阻止电流。

本实用新型的其他优点和特征可以从对优选实施方式的以下说明中获得。所述特征可以单独实施，如果不相互矛盾，这些特征也可以相互组合地实施。

附图说明

图1示出现有技术的车载电气网络结构的示意电路图；

图2示出根据第一方面的车载电气网络结构的示意电路图；

图3示出根据第二方面的车载电气网络结构的示意电路图；

图4示出用于图2的车载电气网络结构中的电源开关 (Stromweiche)的一种可行的设计方案；

图5示出用于图2或图3的车载电气网络结构中的电源开关的另一种可行的设计方案；

图6示出用于图2或图3的车载电气网络结构中的电源开关的另一种可行的设计方案；以及

图7示出用于图2或图3的车载电气网络结构中的电源开关的另一种可行的设计方案。

具体实施方式

在不同种类的图示中，相同的附图标记表示相同或相似的元件，且不再重复说明。

图2中，通常布置在车辆后方(例如后备箱)中的车用电池1经由起动线路2与起动器S和发电机G相连。此外，车用电池1与通常也布置在车辆后方的主配电器3相连。后配电器4和前配电器5分别经由线路6和线路7连接到主配电器3上。起动线路2和用于将主配电器3连接到电池1上的线路10都连接到电池1的正极11上。负极 12通过车体接地。同样的情况适用于起动器S和发电机G。另外，发动机舱中布置有发动机配电器8。就此而言，图2中的车载电气网络结构与图1中的现有技术的车载电气网络结构是有可比性的。

与现有技术不同，此处，发动机配电器8经由线路14和起动线路 12直接连接到电池1的正极11。换句话说，线路14将起动线路2与发动机配电器8相连。另外，发动机配电器8还经由另一线路13连接到前配电器5。在线路13、14与连接到发动机配电器8的负载19之间布置有电源开关15。在如图4示出的第一实施例中，电源开关15由第一晶体管(此处为场效应管)18和第二晶体管(此处为场效应管)17 组成。图4示出的电源开关15自给自足(autark)地工作。为此设置有控制电路，该控制电路确定电流的方向，即确定电流朝负载19的方向流动还是朝相反方向流动。将晶体管17、18切换为使得当电流朝负载19的方向流动时其导通电流，并且当要改变电流方向时切断电流。这种情况下，例如可以通过在晶体管17、18的电阻器R_DSON处的电压测量来实现电流方向的确定。因此，两个晶体管17、18执行理想二极管的功能，且朝向负载19的输出电压总是与起动线路2或线路14或与前配电器5相连的发动机配电器线路13的最大电压相一致，从而与主配电器3的电压一致。

通过电源开关15例如能够实现通常由电池1经由起动线路2、线路14和第一晶体管18对发动机配电器8的负载19供电。如果起动车辆时在起动线路2中发生电压降，则电流方向改变，并且晶体管18切断，使得能够经由主配电器3、前配电器5、线路13和第二晶体管17 向发动机配电器8的负载19供电。

图3示出可选的车载电气网络结构，其主要通过使得发电机G不在电池1中而是在主配电器3中，并由此向主车载电气网络中馈电而与前述图2的结构不同。由此线路7是将主配电器3与发电机G相连的发电机线路。前配电器5连接到线路7上，发动机配电器8经由线路13也连接到线路7上。图4中的电源开关在本设计方案中可以不使用，因为电源开关一直朝着发电机侧整流，并且发动机配电器的负载的电流位于主车载电气网络中，即与主配电器3邻接。

相应地，图5中示出的电源开关也被提议为可选的方案。电源开关既可以用于图2示出的车载电气网络结构中，也可以用于图3示出的车载电气网络结构中。

与图4不同，晶体管17、18在此经由控制线路连接到终端20。终端20与具有开/关功能的开关相对应，该开关根据预设的参数接通或断开。为此预定了开关逻辑。开关逻辑特别地预定为，当终端20断开时，第一晶体管18接通或打开，而第二晶体管17断开。当终端20接通时，第二晶体管17接通，并且第一晶体管18断开。另外，当起动线路2的电压高于前配电器5输出的电压(即线路13中的电压减去预设值，例如1伏)时，终端20断开。除此之外，终端20都接通。

在正常的行驶模式下，经由起动线路2向连接到发动机配电器的负载19供电。然而，第二晶体管17仅能在一个方向上(源极向漏极) 切断。不过，在从主配电器2或发动机配电器线路13向负载19的方向(漏极向源极)上，第二晶体管17的基底二极管有效。该基底二极管通常具有0.8-1V的正向电压。这一特性一方面具有积极作用，因为发电机G的电压峰值能够经由第二晶体管17的基底二极管经过连接到发动机配电器8的负载19衰减。另一方面，第二晶体管17处设置有温度传感器，因为在峰值情况下的电流导致了晶体管17中的损耗的转换(电流*1V)。如果晶体管17升温过高，为了保护它则必须将其连通，从而失去电源开关功能。

为了阻止后者的发生，可以如图6所示，在第二晶体管17与连接到发动机配电器8的负载19之间，与基底二极管反向串联地布置第三晶体管21，特别是第三场效应管。第三晶体管21允许切断经由第二晶体管17的基底二极管的电流。从而具有以下优点。第二晶体管17的基底二极管仍然能够用于发电机峰值的衰减。在这种情况下，第三晶体管21接通，即允许朝向负载19的电流。如果第二晶体管的功率损耗过高，则第三晶体管21切断该路径，并且避免第二晶体管17的损坏。为此，第三晶体管21经由控制线路连接到另一未示出的终端，该终端依据第二晶体管17的温度接通或断开第三晶体管21。可选的，也可以考虑当经由起动线路2进行供电(终端20断开)时，基本切断从主配电器3(这里指前配电器5或发电机线路7)经发动机配电器线路 13至发动机配电器8的路径。在这种情况下，第三晶体管21经由控制线路连接到终端20，并在断开终端时接通。

根据如图7所示的另一种实施方式，各个负载19中的所有连接到发动机配电器8的负载19前置有晶体管22(第四晶体管)，特别是场效应管。这与发动机配电器8的完整的电子设计方案相对应。以电子方式经由第四晶体管22实现终端开关和对连接的负载19的保护，由此得出线路的电子保护及电子终端电路的优点。通过对过载/短路断路的可配置的、调整了的释放特性曲线，降低了连接到发动机配电器8 的负载19的线缆的截面。比起继电器，场效应管的切换更快，从而基本得到新的能源管理功能。场效应管使得能够实现大量的切换循环，并在温度非常低的情况下也不会发生质量限制(不会发生在使用继电器时可能出现的冻结)。上游的由第一晶体管18、第二晶体管17和必要时的第三晶体管21组成的电源开关15具有以下优点，即其同时用于反极性保护，并在反极性情况下阻止电流。

明显的是，电源开关的上述设计方案能够用于各种车载电气网络结构中。图2和图3示出了两种这样的车载电气网络结构，其中图4 至图7中的不同的电源开关能够用于根据图2的车载电气网络结构，图5至图7中的不同电源开关能够用于根据图3的车载电气网络结构。