La invención se refiere asimismo a un método para implementación del citado sistema.

Tales sistemas DV comprenden típicamente una primera red a 14 V utilizada para alimentar cargas de bajo consumo, por ejemplo para iluminación y suministro de señales de control, alimentada a su vez, usualmente, desde la segunda red a tensión superior, típicamente de 42V, a través de un convertidor eléctrico CC/CC o desde una primera batería B1. Dicha segunda red de 42 V es utilizada para alimentar cargas de elevado consumo tales como el motor de arranque, sistema de calefacción, control de válvulas electromagnéticas, motores, tales como los de los elevalunas, ajustes de posición, ventiladores, etc. y es alimentada desde un generador G (alternador del vehículo) o desde una segunda batería B2.

La invención se inscribe además dentro de las arquitecturas implementadas en el sector del automóvil para conseguir una sectorización de la potencia según cuyo principio se definen en el vehículo una serie de zonas en cada una de las cuales existe un nodo inteligente que, de forma local controla las cargas y los interruptores y detectores, enviando y recibiendo información a través de un bus de datos multiplexado, lo cual permite una gran reducción no sólo en el número de cables sino también en su longitud, sin olvidar la disminución en el número de cables que pasan de una a otra zona del vehículo, cuyo parámetro incide de forma destacada de cara a la facilidad de montaje del cableado.

Antecedentes de la invención Los sistemas DV para vehículos a motor se hallan descritos en numerosos documentos de patente y solicitudes de patente, pudiendo citar así los siguientes : US 5 334 926, US 6 232 674, EP 337155, EP 539982, EP 1033804, WO 99/22434 y WO 00/76812.

Se considera también relevante para una comprensión de la tecnología DV el documento de Joan Fontanilles, Jordi Giró, Javier Maixé y otros"New requirements for dual voltage CC/CC converter and power distribution System", United Technologies Automotive MAI S. A. y Rovira Virgili University Electrical and Automatic Control Engineering Department, Tarragona (España) publicado en el Congreso del EAEC (European Automobile Engineers Cooperation), Barcelona 1999.

La solicitud de patente GB 2 342 515 describe una arquitectura DV con dos redes alimentadas desde sendas baterías B1, B2, para vehículo a motor, en donde se propone la utilización, además del convertidor clásico CC/CC, en general unidireccional para alimentar la red de baja tensión desde la red a tensión superior de un segundo convertidor bidireccional para controlar el estado de carga de las dos baterías B1 y B2 con el fin de ajustar los flujos de potencia entre sus entradas/salidas. Dicho segundo convertidor es utilizado cuando, además del funcionamiento normal (alimentar la red de menor nivel de tensión desde la red a nivel de tensión superior), la red de baja tensión es alimentada desde la batería conectada al ramal a tensión superior, la red a tensión superior es alimentada desde las dos baterías B1, B2 o cuando la batería B1 que alimenta el ramal de baja tensión es cargada desde la red a tensión superior.

Aunque el uso de dos convertidores en paralelo, según expresa este último documento es una característica que en principio es común con la arquitectura que propone la presente invención, esta última, conforme se detallará a continuación, se basa en la utilización, en general, de más de dos convertidores CC/CC uni o bi-direccionales y en una específica forma de controlarlos para alcazar una finalidad singular, cual es la ecualización de las salidas de todos los convertidores, la integración del citado conjunto de

convertidores en un diseño de sectorización ue o pUumnc ; m Uei vemcmo y un dimensionado de dichos convertidores, por debajo de las exigencias del grupo de cargas del sector que abastece cada uno de ellos. Ello es determinante de unas condiciones de funcionamiento del sistema de distribución de energía eléctrica en donde unos y otros convertidores CC/CC cooperan, todo ello inexistente en las reglas técnicas expuestas por el citado documento de la solicitud de patente GB 2 342 515.

Breve descripción de la invención La invención se basa así en una arquitectura en la cual la conversión CC/CC entre las dos redes a niveles distintos de tensión se subdivide en varios convertidores CC/CC en paralelo, cada uno de ellos destinado a abastecer un grupo de cargas determinado, de un sector del automóvil. Tales convertidores CC/CC, como es bien conocido, están protegidos contra cortocircuitos conforme a la típica curva característica V-1 (foldback curve), de manera que si en cualquier carga (no controlada por un dispositivo interruptor comandado tal como un SMART FET, relé o dispositivo similar) se produce un cortocircuito que afecte a dicho convertidor CC/CC, éste protegerá la red poniendo la tensión a cero y no permitiendo el suministro del resto de las cargas. Es evidente que en tal situación los fusibles pierden su papel específico debido al comportamiento del convertidor CC/CC.

Para evitar tal problema, conforme a la invención, se propone disponer una pluralidad de convertidores CC/CC en paralelo, conectados a un punto común, cuyo punto está asimismo conexionado a la batería de baja tensión que actuará, en caso de cortocircuito, sobre el fusible de la carga conectada a tierra.

De esta manera la potencia a suministrar se comparte por los diferentes convertidores en los que se ha dividido y también se comparte la batería que suministrará corriente ayudando a la red en caso de ser necesario.

En una realización preferida de la invención que es donde la misma evidencia su plena potencialidad, se ha previsto que los diferentes convertidores CC/CC cambien dinámicamente su punto de trabajo para llegar a compartir la misma corriente. A tal efecto un control central, por ejemplo según una

arquitectura maestro/esclavo (master/slave), L. uyu uuouu) mtc) un microcontrolador maestro ajustará los diferentes valores de tensión y la información de los valores de intensidad requeridos por cada grupo de cargas a expensas de un correspondiente convertidor CC/CC (adquirida desde un detector o toma para cada grupo de cargas) se intercambiará con dicho centro de control utillizando un bus CAN o similar.

Es característico también de la invención que cada uno de los convertidores esté destinado a alimentar una serie o grupo de cargas diferenciadas y localizadas en distintas zonas del vehículo, ya sea en la red a mayor nivel de tensión o en la de un nivel inferior, conforme al principio de sectorización de potencia antes explicado, con la particularidad de que los convertidores CC/CC empleados se han diseñado de manera que la potencia que puede suministrar cada uno de los mismos es inferior a la del máximo consumo de todas las citadas cargas de sector concreto que abastece, de manera que el suministro de energía a cada grupo de cargas se realiza, en determinados momentos a expensas de al menos más de uno de dichos distintos convertidores CC/CC. Ello obedece a la consideración de que en general, en muy raras ocasiones se llegará a producir un consumo por parte de todas las cargas del sistema, y en particular de los distintos sectores lo que permite dimensionar los convertidores en un valor inferior al que sería necesario considerando un consumo simultáneo y continuado por parte de todas las cargas.

Por otro lado, si varios convertidores están conectados en el mismo punto y tienen por Ejemplo la batería B1 que alimenta la red de baja tensión como una carga, la potencia suministrada por dicha batería puede ser dividida por un factor de n (dependiendo del número de convertidores CC/CC del vehículo), de manera que los convertidores pueden ser idénticos y compartir la misma corriente de salida. La batería se encargará de suministrar la carga para fundir los fusibles. Pero esta arquitectura también dividirá la conversión de potencia de la manera que se precise.

Por ejemplo, si se dispone de un convertidor de 500 W CC/CC en el compartimiento del vehículo pero sus cargas más próximas solicitan 600 W, el convertidor empezará a autoprotegerse reduciendo la tensión de salida

(conforme a una curva V-I del convertidor u @@@@ @@@@@ @@ @@@@@@@@@, en este momento el convertidor CC/CC más próximo y con una menor resistencia de conexión al nodo de distribución inteligente suministrará el resto de la potencia necesaria. De este modo puede decirse que en situación estática los n convertidores CC/CC utilizados (por ejemplo 3, uno para la parte de compartimiento motor, otro para el habitáculo de pasajeros y un tercero para la parte trasera del vehículo) tratarán de compartir la misma cantidad de potencia, cuando la potencia demandada esté próxima al máximo de cada uno de dichos convertidores CC/CC. En el caso eventual de que la potencia máxima de todos los convertidores se exceda entonces la batería B1, o en su caso la batería B2 proporcionará el resto de la potencia requerida.

En situación dinámica (un rápido transitorio o fluctuación de potencia) y en general con frecuencias superiores a los 100 Hz (por Ej. respuesta a una subida o bajada brusca de las ventanillas, ráfagas de luz, etc), se precisará una estructura maestro/esclavo (master/slave) con soporte en un microprocesador con el fin de que todos los convertidores CC/CC compartan la misma corriente.

Debido a que los convertidores CC/CC se hallan emplazados en diferentes áreas del vehículo un bus tal como CAN o VAN puede informar de la corriente solicitada por las cargas y procesada por los diferentes convertidores CC/CC , para que pueda compartirse la corriente ante un fenómeno transitorio. La velocidad del bus y del protocolo de comunicación controlado por el microprocesador son factores críticos así como el método de detección de corriente para configurar el sistema conforme a la propuesta de esta invención.

Una tal configuración con varios convertidores CC/CC permitirá también que los mismos compartan las mismas sobrecargas térmicas debidas a disipación, pudiendo ser modulares.

Para una mejor comprensión de la invención se describirá ahora la misma con referencia a unas láminas de dibujos, en los que se ilustran unos ejemplos de ejecución que deben de tomarse a título meramente indicativo y no limitativo del alcance de la regla técnica propuesta. Se han representado en dichos dibujos, a efectos de simplificar la exposición, dos redes a distinto nivel de tensión, cada una de ellas soportando una serie de cargas sectorizadas, asociadas a la salida de un correspondiente convertidor CC/CC, si bien otras

disposiciones, por Ej. con solamente cargas sectonzadas en e@@am@@ de tension a nivel inferior, o con únicamente una parte de las cargas de ramal de tensión superior sectorizadas, entran dentro de la propuesta de sistema de distribución de energía al que se está haciendo referencia.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 muestra esquemáticamente un ejemplo de arquitectura conforme a los principios de la presente invención, con las cargas a abastecer por el sistema distribuidas y atendidas cada grupo de ellas desde un convertidor.

La Fig. 2 ilustra la conocida curva V-1 del convertidor (curva foldback) que explica la protección contra cortacircuitos inherente al convertidor por lo que ante una solicitud de intensidad superior a un determinado nivel el convertidor tenderá rápidamente a autoprotegerse pasando la tensión de salida del mismo a cero.

La Fig. 3 ilustra una arquitectura con control de punto de funcionamiento de los distintos convertidores desde un centro de control conforme a la ejecución preferida de la invención que se detalla en sus reivindicaciones.

Descripción en detalle de unos eiemplos de realización La Fig. 1 ilustra un sistema de distribución eléctrica, en donde una serie de cargas Q1 a Q6, a abastecer se hallan sectorizadas tanto en una primera red r1, de tensión a nivel superior, y en concreto de 42 V, alimentada desde un generador G (alternador de vehículo) y que abastece un motor de arranque S, como en una red r2 a nivel de tensión inferior, proporcionando 14 V. Una serie de convertidores C1, C2, C3 están dispuestos en paralelo entre las dos citadas redes r1, r2, con sus salidas conectadas a un punto o salida común, alimentado desde una u otra de las citadas baterías B1, B2. Una tal disposición es determinante de que al estar los distintos convertidores C1, C2 y C3 conectados en el mismo punto y al tener, por Ejemplo la batería B1, que alimenta la red de baja tensión como una carga, la potencia suministrada por dicha batería B1 puede ser dividida por un factor de 3, de manera que los convertidores C1-C3,

pueden ser idénticos y compartir la misma comente de @a@@a. La @a@ena se encargará de suministrar la carga para fundir los fusibles. Pero esta arquitectura también dividirá la conversión de potencia de la manera que se precise.

Tal como indica esta Fig. 1 la red de tensión a nivel superior de 42 V, está conectada además de a la batería B2, a un generador G (alternador del vehículo) y está prevista para abastecer un motor de arranque S.

En la Fig. 2 se ha representado la curva típica V-1 de un convertidor, o de protección frente a cortocircuitos, según la cual si en cualquier carga conectada al convertidor y no protegida por un dispositivo de interruptor comandado tal como un SMART FET, relé o similar) se produce un cortociruito que afecte a dicho convertidor CC/CDC, éste protegerá la red poniendo inmediatamente la tensión a cero y no permitiendo el suministro de resto de las cargas. La disposición en paralelo ilustrada en la Fig. 1, de los convertidores C1, C2, C3, conectados a un punto común al que también está conectada una de las baterías B1 o B2 resuelve este problema, al actuar la batería fundiendo el fusible de la carga conectada a tierra y de esta manera la potencia a suministrar se comparte por los diferentes convertidores C1, C2, C3.

En el ramal a tensión inferior de las cargas se han esquematizado, en el primer grupo varias de ellas, debiendo de entender que su protección puede se por fusibles, por dispositivos interruptores controlados tales como SMART FET o por una combinación de ambos sistemas.

Conforme a la realización preferida de la invención que se ilustra en la Fig. 3, se ha previsto que los convertidores CC/CC cambien su punto de trabajo para compartir la misma corriente, a cuyo efecto un control central M ajustará los diferentes valores de tensión en los nodos a los que quedan conectadas las respectivas salidas de los convertidores CC/CC, C1, C2, C3 y la información acerca de las intensidades solicitadas en cada uno de dichos nodos se intercambiará utilizando por Ejemplo un bus CAN. Más en concreto, se ha previsto que el sistema se implemente en una arquitectura de maestro/esclavo (master/slave) en donde dicho centro de control M integrando el microprocesador se constituye como maestro y cada uno de los convertidores C1, C2, C3 como esclavo. Se han previsto unos detectores D1, D2, D3, para captación de la corriente solicitada en una u otra de las salidas de cada

convertidor CC/CC, C1, C2, C3, cuya informacion es env@ada @acta et centro de control, en donde el microcontrolador tiene cargado, por Ej. en una memoria adecuada, programable, un algoritmo de gestión, para reparto de la potencia a suministrar entre los diferentes convertidores CC/CC, C1-C3 con el fin de conseguir una salida ecualizada de los mismos. De este modo todos los convertidores CC/CC utilizados pueden ser iguales, (principio de modularización, que redunda en una economía de fabricación) y por ejemplo de una potencia inferior a la del grupo de cargas que han de abastecer, tal como se indica en las cifras dadas en este ejemplo.

Para una plena implementación del sistema de distribución de energía eléctrica expuesto, con cargas sectorizadas en ambas redes r1 y r2, es preciso que al menos dos de los convertidores C1-C3 sean bi-direccionales.

Aunque la disposición ilustrada en el ejemplo de realización descrito hasta este punto de tres convertidores C1, C2, C3 ha sido concebida para una sectorización de las cargas de un vehículo automóvil en : parte delantera o zona del motor, habitáculo y parte trasera o maletero, que puede resultar muy conveniente, en la práctica podrán sectorizarse las cargas de forma distinta, en un menor o mayor número de grupos y utilizar igualmente un mayor o menor número de convertidores CC/CC.