Heutige Fahrzeugbordnetze sind physikalisch durch Kaskadierung von Stromverteilerebenen hierarchisch aufgebaut. Klemmensteuerung und Leitungsabsicherung erfolgen über Relais und Schmelzsicherungen. Durch die zunehmende Komplexitätssteigerung sowie konzeptbedingte Nachteile stößt die bekannte Baumstruktur vielfach an Grenzen bzgl. Bordnetzstabilität, Verlustleistung, Flexibilität und Erweiterbarkeit, geometrische Integration und Gewicht. Im Gegensatz zu den aktuell realisierten Bordnetzkonzepten mit konventionellen Sicherungs- und Relaisboxen weisen intelligente Leistungsverteiler auf Basis neuer Halbleitertechnologien viele Vorteile, wie beispielsweise reversible Absicherung mit flexibler Anpassung der Sicherungscharakteristik an das Lastprofil, verbesserte Diagnosemöglichkeiten und schnelles Powermanagement, auf. Der integrierte Ansatz von Architekturoptimierung auf Fahrzeugebene und neuen Elektronikkomponenten schafft Potential für eine Gewichts- und Kostenreduktion im Kabelbaum durch die dezentrale Versorgung der Verbraucher und der möglichen Leitungsquerschnitts- und Leitungslängenreduzierung. Fokus dieses Beitrags ist die Vorstellung intelligenter Leistungsverteiler, namentlich "Current Switch and Sense Module" (CSSM), welche die Sicherungs- und Schaltfunktion in einem Gerät bündelt und skalierbar für zwei unterschiedliche Strombereiche entwickelt und prototypisch realisiert worden sind. Ausgehend von den definierten Anforderungen bezüglich Hardware, Kontaktsysteme, Software und thermisches Verhalten sind auf Basis derzeit verfügbarer Technologien Konzepte erarbeitet worden, welche eine Stromversorgung, Leitungsabsicherung und Schaltfunktion von bis zu 150 A pro Ausgangskanal gewährleisten. Aus elektrischen und thermischen Tests sind Optimierungskriterien für eine intelligente Leistungsverteilung und die zugehörige Halbleitertechnologie erarbeitet worden, welche ebenfalls in diesem Beitrag zusammengefasst dargestellt werden. Durch die erreichten Ergebnisse wird aufgezeigt, dass die praktische Realisierung von vollständig elektronischen Leistungsverteilern in den nächsten Fahrzeuggenerationen ein realisierbares Ziel geworden ist.
Today's electrical onboard energy systems are designed and built hierarchical cascades of power distribution levels. The control of clamp 30 and the protection of the wiring harness are currently realized with relays and fuses. Due to the increase in complexity, as well as concept limited disadvantages, the well-known branching structure reaches a functional limitation regarding stability of the electrical onboard energy system, power dissipation, flexibility and extensibility, geometric integration and weight. In contrast to currently realized electrical onboard energy systems with conventional fuse and relay boxes, intelligent power distribution units based on new semiconductor technologies have many advantages, such as reversible protection with flexible adjustment of fuse characteristics regarding the load profile, improved diagnostic capabilities and improved power management. The integrated approach of architectural optimization on the vehicle level, and new electronic components, creates a potential for weight and cost reduction in the wiring harness, by decentralizing the power supply and the possibility to reduce the cross section and the length of the electrical wires. The focus of this paper is to present intelligent power distribution units, by name "Current Switch and Sense Modules" (CSSM), which combines wiring protection and switching functions in one device. This approach has been developed scalable for two different current ranges and has been realized with first prototypes. Based on the defined requirements for hardware, contact systems, software and thermal performance, concepts have been developed with current available technologies. A power supply, fuse protection and switching up to 150 A per output channel is feasible. Optimization criteria for intelligent power distribution units and the associated semiconductor technology are also presented in this paper. The achieved results show that the realization of fully electronical power distribution units has become a feasible goal for the next generation of vehicles.
Current Switch and Sense Module for the intelligent power distribution in future E-/E-architectures
Stromschalter und Wahrnehmungs-Modul für die intelligente Stromverteilung in zukünftigen E-/E-Architekturen
2014
6 Seiten, 6 Bilder, 3 Quellen
Conference paper
English
Stromverteilung , Schmelzsicherung , Verlustleistung , Gewichtsverringerung , Gewichtseinsparung , Kostenreduktion , Versorgung , Schaltfunktion , Bordnetz , Sicherungskasten , Lastprofil , Kabelbaum , Baumstruktur , Flexibilität , thermisches Verhalten , Stromversorgung , elektrischer Test , Leistungsverteilung , Netzteil , Verstellung , thermische Leistung