CN102686449B - 车载电网和用于运行车载电网的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车的车载电网，其包括：变压器(DCDC)和电源(V)，该电源与变压器(DCDC)电连接并且构成用于提供预定的电源电压(UG)。此外，车载电网包括基础蓄能器(ES2)，该基础蓄能器与变压器(DCDC)电连接，并且构成用于提供预定的基础电压(UES2)。电源电压(UG)在量上大于基础电压(UES2)。车载电网也包括至少一个第一耗电器(L1)的至少一个第一选择(SEL1)，该第一耗电器能在变压器的第一接头(T1)与第二接头(T2)之间与变压器(DCDC)并联地电连接。此外，车载电网具有至少一个第二耗电器(L2)的至少一个第二选择(SEL2)，该第二耗电器能在变压器的第二接头(T2)与参考电位之间与基础蓄能器(ES2)并联地电连接。

Description

车载电网和用于运行车载电网的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于机动车的车载电网以及用于运行车载电网的方法和设备。

背景技术

在现代机动车中对带有蓄电器的车载电网提出高要求，在下述机动车中尤其如此，其能将例如在制动过程中的机动车动能转化成电能并且返回到蓄能器中。

发明内容

本发明的目的是，实现一种机动车车载电网和一种用于运行车载电网的方法及相应的设备，它们允许经济地运行耗电器。

本发明按第一方面的特征在于一种用于机动车的车载电网，其包括带有第一接头和第二接头的变压器。该车载电网也包括电源，该电源与变压器的第一接头电连接并且构成用于提供预定的电源电压。此外，车载电网包括基础蓄能器，该基础蓄能器以其第一接头与变压器的第二接头电连接并且以其第二接头与参考电位电连接，并且构成用于提供预定的基础电压。电源的电源电压在量上大于基础电压。此外，车载电网包括至少一个第一耗电器的至少一个第一选择，该第一耗电器设置成能在变压器的第一接头与第二接头之间与变压器并联地电连接。车载电网也包括至少一个第二耗电器的至少一个第二选择，该第二耗电器设置成能在变压器的第二接头与参考电位之间与基础蓄能器并联地电连接。

这样的车载电网使功率损失特别低的运行成为可能。尤其是通过如下方式降低相配于变压器的功率损失，即至少一部分用于运行连接且接通的耗电器的电流不是通过变压器输送，而是优选直接由电源和/或基础蓄能器输送到相应的耗电器上。当电源电压大致等于基础电压两倍时，所述至少一个第一选择和所述至少一个第二选择各自用大致相同的电压加载。相配于所述至少一个第一选择的电压由电源电压和基础电压的差值产生。电源电压和基础电压优选相分别是直流电压。

变压器例如能构成为电压调节器，例如构成为转式调节器。它也例如能构成为单向变压器，并且从而根据在第一接头上的电源电压在其第二接头上的输出端上提供基础电压和/或基础电流。这有助于补偿在第二接头上的低压。但是变压器例如也能构成为双向变压器，并且附加于双向变压器，也根据在第二接头上的基础电压，在第一接头上提供电源电压和/或电源电流。在此优选也能借助于双向变压器补偿在第二接头上的高压。这使如下对称性成为可能，即例如第一选择和第二选择分别被加载大致相同的电压。

第一选择的所述至少一个第一耗电器和第二选择的所述至少一个第二耗电器能构成为可接通和断开的，并且从而根据它们的开关状态用相应的电压加载。高电流耗电器例如起动系统例如能相配于第一选择。优选第一选择的功率消耗小于第二选择的功率消耗。尤其是在使用单向变压器时，这能有助于对于运行第二选择所必需的能量由变压器的第一接头传递到第二接头上。当第一选择的功率消耗能变得更小时，该第一选择必要时只有限地运行或者完全不运行，尤其是在使用单向变压器时，该变压器将电能从其第一接头传递到其第二接头上。这尤其能通过使用双向变压器实现。

蓄能器例如能构成为铅酸蓄电池，但也能使用其他实施方式。

在第一方面的另一种有利的实施方式中，电源包括另外的蓄能器和/或发生器，它们用于提供电源电压。发生器例如能是机动车的发动机。所述另外的蓄能器例如构成为锂离子蓄电池，并且在机动车尤其是在具有能量回收装置的混合动力机动车中例如在制动过程中可称为回收蓄能器。发生器至少暂时在机动车运行期间被运行，以便大致提供电源电压，其中电源电压也能包括由发生器提供的电压，以便使可靠地给另外的蓄能器和/或基础蓄能器充电成为可能。也能在回收阶段也就是在能量再循环期间例如在制动过程中或在机动车惯性行驶过程中运行发生器，以便例如将机动车动能转化成电能。发生器例如也能构成为起动机发生器，并且从而也能用于起动机动车的内燃机。当存在两个部件时，发生器优选与所述另外的蓄能器并联地电连接。

本发明按第二方面特征在于一种用于机动车的车载电网，该车载电网包括蓄能器和基础蓄能器。这两个蓄能器串联地电连接。蓄能器用于提供预定的电压。基础蓄能器用于提供预定的基础电压。车载电网也具有电源，该电源能与蓄能器电连接，并且用于提供电源电压。电源电压大致等于所述预定的电压与所述预定的基础电压的总和。此外，车载电网包括至少一个第一耗电器的至少一个第一选择，该第一耗电器设置成能与蓄能器并联地电连接。此外，车载电网具有至少一个第二耗电器的至少一个第二选择，该第二耗电器设置成能与基础蓄能器并联地电连接。

这使特别简单且廉价的功率损失低地运行的车载电网成为可能。尤其是一部分用于运行连接且接通的耗电器的电流不是通过基础蓄能器输送，而是优选直接由电源和/或蓄能器输送。电源优选只包括用于提供电源电压的发生器。

在第一和第二方面的一种有利的实施方式中，所述至少一个第一选择之一相配于所述至少一个第二选择之一，而且相应的第一选择与相配的第二选择具有大致相同的功率消耗。第一选择包括预定数量的第一耗电器，并且第二选择包括预定数量的第二耗电器，其中，第一选择或第二选择也能分别配设仅一个相应的耗电器。因此第一选择和相配的第二选择代表大致对称的负荷。这带来的优点是，第一和相配的第二选择基本上被电源电流流过，由此能给变压器和/或基础蓄能器减负。

原则上也能存在多于一个的第一选择和多于一个的第二选择。

在第一和第二方面的另一种有利的实施方式中，预定相应的第一选择和相配的第二选择，以便两者具有功率消耗的大致相同的时间曲线。这例如能如下方式实现，即第一选择的所述至少一个第一耗电器和相配的第二选择的所述至少一个第二耗电器是可接通和断开的。这使对称负荷和车载电网的功率损失低的运行成为可能。也能预定相应的选择的耗电器，这些耗电器在它们运行期间在不同的时间点具有不同的功率消耗。

在第一和第二方面的另一种有利的实施方式中，车载电网包括至少一个另外的耗电器，该另外的耗电器能与电源并联地电连接。所述至少一个另外的耗电器的布置能有助于降低由变压器和/或基础蓄能器提供的电流。尤其是由此产生对电源降低的电流需求，因为所述至少一个另外的耗电器在电源电压上运行，该电源电压在量上大于基础电压。优选电压不敏感的负荷例如座椅加热装置、后风窗加热装置、转向系统能用作为另外的耗电器。

优选第一选择和/或第二选择各自配设至少一个安全相关的耗电器。

本发明按第三和第四方面特征在于用于运行按第一方面的车载电网的方法及相应的设备，其中，检测在相配于变压器的电线部分内的故障和/或变压器的故障。根据检测结果接通所述至少一个第一选择中的至少之一的第一耗电器。这带来的优点是，能通过所述至少一个接通的第一选择继续给基础蓄能器充电。此外可能的是，运行至少一个第二耗电器或至少一个第二选择。这使机动车的特别可靠的运行成为可能。相配于变压器的电线部分例如包括连接到变压器上的输入线和设置在变压器与相应由变压器供电的耗电器之间的电线。

附图说明

下面借助于示意图详细解释本发明的实施例。其中：

图1显示车载电网的第一示意图，

图2显示车载电网的第二示意图。

具体实施方式

相同的结构或功能在附图中设有相同的附图标记。

图1示出用于机动车的车载电网的示意图。车载电网包括电源V，该电源包括另一个蓄能器ESn，该蓄能器例如构成为锂离子蓄电池。机动车例如混合动力或电动机动车例如可以包括能量回收装置，以便例如在机动车制动过程中将机动车动能回收成电能。在该情况中，所述另外的蓄能器也可以称为回收蓄能器，并且在回收阶段时被充电。所述另外的蓄能器ESn用作为提供电源电压UG例如24V。

此外，车载电网包括基础蓄能器ES2，该基础蓄能器例如构成为铅酸蓄电池，并且提供基础电压UES2，例如12V。电源电压UG的值大于基础电压UES2的值。

车载电网此外具有带第一接头T1和第二接头T2的变压器DCDC。变压器DCDC例如构成为单向变压器，例如构成为线性调节器。所述另外的蓄能器ESn具有第一接头例如正极和第二接头例如负极。第一接头也可以称为所述另外的蓄能器ESn的第一接线柱Kn+，并且第二接头也可以称为所述另外的蓄能器ESn的第二接线柱Kn-。所述另外的蓄能器ESn用其第一接线柱Kn+与变压器DCDC的第一接头T1电连接，并且用其第二接线柱Kn-与参考电位GND例如机动车的接地电位电连接。

基础蓄能器ES2也具有第一接头例如正极和第二接头例如负极。第一接头可以称为第一接线柱K2+，并且第二接头可以称为第二接线柱K2-。基础蓄能器ES2优选用其第一接线柱K2+与变压器DCDC的第二接头T2电连接，并且用其第二接线柱K2-与参考电位GND电连接。

电源V此外具有发生器G，该发生器优选与所述另外的蓄能器ESn电并联地设置，并且例如用作为机动车的发电机。发生器G优选在机动车运行期间至少部分被运行，并且在其运行期间大致用于提供电源电压UG。根据所述电源电压，所述另外的蓄能器ESn和/或基础蓄能器ES2借助于变压器DCDC充电和/或运行车载电网中的耗电器。

车载电网包括至少一个第一耗电器L1和至少一个第二耗电器L2，分别至少部分能接通或断开所述耗电器。

第一耗电器L1能与变压器DCDC并联地电连接，并且能用电压加载，该电压由电源电压UG与基础电压UES2的差值产生，例如12V。第二耗电器L2设置成能在第二接头T2与参考电位GND之间电连接，并且能用基础电压UES2加载。也可以设有多个第一耗电器L1和多个第二耗电器L2，其中第一耗电器L1的数量不必强制与第二耗电器L2的数量相当。

第一耗电器L1的第一选择SEL1包括预定数量的第一耗电器L1，并且第二耗电器L2的第二选择SEL2包括预定数量的第二耗电器L2，而且优选：第一选择SEL1的总功率消耗大致等于第二选择SEL2的总功率消耗。此外可以设有相应的第一选择SEL1和相配的第二选择SEL2，以便两者选择具有功率消耗的大致相同的时间曲线。因此例如能大致同时接通和断开第一选择SEL1的所述至少一个第一耗电器L1和相配的第二选择SEL2的所述至少一个第二耗电器L2。因此相应的第一选择SEL1能如下相配于第二选择SEL2，以便两者代表大致对称的负载。第一选择SEL1和第二选择SEL2也可以配设各仅一个耗电器。原则上也能存在多于一个第一选择SEL1和多于一个第二选择SEL2。第一耗电器L1例如可以构成为左大灯、左尾灯和/或左刹车灯，并且第二耗电器L2例如能构成为右大灯、右尾灯和/或右刹车灯。机动车安全相关的系统也能借助于车载电网运行，所述系统优选需要冗余的供电。因此例如在机电制动系统中相配于机动车后轴的制动回路可以相配于第一选择，并且相配于机动车前轴的制动回路相配于第二选择。

第一选择SEL1的所述至少一个第一耗电器L1和第二选择SEL2的所述至少一个第二耗电器L2被电源电流I1流过。理想的情况是第一选择SEL1的功率消耗和相配的第二选择SEL2的功率消耗相同，以便相同大小的电源电流流过这两个选择。在该情况中优选变压器DCDC和/或用于运行第一和相配的第二选择SEL1、SEL2的基础蓄能器ES2没有提供电流。但是在实际中例如构件公差可能导致相应耗电器的不同的功率消耗，以便必要时由变压器DCDC和/或基础蓄能器ES2提供补偿电流，以便例如第二选择SEL2能以预定的功率运行。在此至少产生的基础电流I1不是通过变压器DCDC提供，并且从而给变压器减负。

但是原则上也可能的是，至少一个第一耗电器L1和/或至少一个第二耗电器L2不相配于相应的选择SEL1、SEL2，并且从而非对称地运行。在该情况中必要时通过变压器DCDC和/或基础蓄能器ES2能提供或输出更高的补偿电流。

变压器DCDC例如也能构成为双向变压器例如构成为转式调节器。由此根据在其第二接头T2上的基础电压UES2它也能在其第一接头T1上给至少一个第一耗电器L1提供大致相同的电源电压UG。在该情况中至少一个产生的基础电流I2例如用于供给非对称负荷，该基础电流例如由基础蓄能器ES2提供，而不是由变压器DCDC提供，由此在此也使车载电网功率损失低的运行成为可能。

使用变压器DCDC原则上带来的优点是，与发生器G相比能提供更高的电压稳定性。变压器DCDC例如能使提供的基础电压UES2与电压差对称，并且从而避免不同的供电状态，例如右侧和左侧大灯的不同的亮度，该电压差由电源电压UG与基础电压UES2的差值产生。此外通过变压器DCDC能实现从所述另外的蓄能器ESn到基础蓄能器ES2的能量传递，以便给该基础蓄能器充电，以便即使在机动车较长停车时间后仍能继续运行耗电器，或者尤其能确保机动车的起动性能。

原则上至少一部分用于运行耗电器必需的电流不是由变压器DCDC提供，以便由此降低变压器DCDC的功率损失尤其是电流相关的功率损失，以便使车载电网经济的运行成为可能。此外也能降低机动车的消耗，尤其是燃料消耗。必要时变压器DCDC与如下一种运行情况相比也能构成为更小尺寸的，在该运行情况中它为所有耗电器提供电流。这也使廉价的车载电网成为可能。

例如当识别到(这例如通过机动车的能量管理单元实现)，一根或多根相配于变压器DCDC的电线部分和/或变压器DCDC有故障时，例如能接通至少一个相配的第一选择SEL1，以便能继续运行第二选择SEL2的至少一个接通的第二耗电器L2。可选的或附加的，在故障情况中也能继续通过至少一个接通的第一选择SEL1给基础蓄能器ES2充电。有利的是，安全相关的耗电器相配于第一和/或第二选择，所述耗电器需要冗余的供电，例如机电制动系统，因为由此在故障情况中使继续运行这些耗电器成为可能。

原则上也可能的是，在车载电网运行期间动态预定第一选择SEL1和/或第二选择SEL2，例如在每个选择的耗电器数量方面和/或每个选择的总功率消耗方面。但是也能预定相应的第一选择SEL1和/或第二选择SEL2。

此外车载电网也能具有至少一个另外的耗电器Ln，该耗电器能与电源V并联地电连接。所述至少一个另外的耗电器Ln在接通状态时优选用电源电压UG加载，并且优选电压不敏感的，例如座椅加热装置、后风窗加热装置，或功率强化的，例如转向系统。这也有助于降低车载电网的功率损失，因为在此对于所述至少一个另外的耗电器Ln必需的电流优选也不是通过变压器DCDC和/或基础蓄能器ES2提供。

在图2中示意地示出车载电网的另一种实施方式。车载电网包括电源V，该电源优选只包括发生器G。与图1相比，基础蓄能器ES2与蓄能器ES串联地电连接，并且通过该蓄能器与电源V电连接。蓄能器ES用于提供预定的电压UES。优选预定的电压UES大致等于基础电压UES2。第一选择和第二选择对应于按图1的车载电网的第一和第二选择。在图2中示出的车载电网使给基础蓄能器减负成为可能，此时相应预定第一和相配的第二选择。

作为第一耗电器L1，例如高功率耗电器，例如带有大约500W的功率消耗的耗电器如转向系统或起动系统能相配于第一选择。

借助于第一和第二开关元件S1、S2能非常灵活地运行发生器G。优选发生器G根据相配于它的控制装置用于提供电源电压UG或者提供大致的基础电压UES2。因此例如通过在回收阶段相应控制第一开关元件S1能如此运行发生器G，以便该发生器给蓄能器ES和基础蓄能器ES2充电和/或运行所述至少一个第一选择SEL1和/或所述至少一个第二选择SEL2。在相应控制第二开关元件S2时例如只能运行基础蓄能器ES2和/或所述至少一个第二选择SEL2。第一和第二开关元件S1、S2例如可以通过能量管理单元控制。

附图标记列表

ES     蓄能器

ESn    另外的蓄能器

ES2    基础蓄能器

DCDC   变压器

G      发生器

GND    参考电位

I1     电源电流

I2     基础电流

K+     第一接线柱

K2+    第一接线柱

Kn+    第一接线柱

K-     第二接线柱

K2-    第二接线柱

Kn-    第二接线柱

L1     第一耗电器

L2     第二耗电器

Ln     其他耗电器

S1     开关元件

S1     开关元件

SEL1   第一选择

SEL2   第二选择

T1     变压器的第一接头

T2     变压器的第二接头

V      电源

UES    电压

UES2   基础电压

UG     电源电压

Claims (12)

1.用于机动车的车载电网，其包括：

带有第一接头(T1)和第二接头(T2)的变压器(DCDC)；

电源(V)，该电源与变压器(DCDC)的第一接头(T1)电连接并且构成用于提供预定的电源电压(UG)；

基础蓄能器(ES2)，该基础蓄能器以其第一接头与变压器(DCDC)的第二接头(T2)电连接，以其第二接头与参考电位(GND)电连接，并且构成用于提供预定的基础电压(UES2)，电源(V)的预定的电源电压(UG)在量上大于基础电压(UES2)；

至少一个第一耗电器(L1)的至少一个第一选择(SEL1)，该第一耗电器设置成能在变压器的第一接头(T1)与第二接头(T2)之间与变压器(DCDC)并联地电连接；

至少一个第二耗电器(L2)的至少一个第二选择(SEL2)，该第二耗电器设置成能在变压器的第二接头(T2)与参考电位之间与基础蓄能器(ES)并联地电连接。

2.根据权利要求1所述的车载电网，其特征在于：变压器(DCDC)构成为双向变压器。

3.根据权利要求1所述的车载电网，其特征在于：电源(V)包括另外的蓄能器(ESn)和/或发生器，用于提供预定的电源电压(UG)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车载电网，其特征在于：所述至少一个第一选择(SEL1)之一相配于所述至少一个第二选择(SEL2)之一，而且相应的第一选择(SEL1)与相配的第二选择(SEL2)具有大致相同的功率消耗。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的车载电网，其特征在于：预定相应的第一选择(SEL1)和相配的第二选择(SEL2)，以便两者具有功率消耗的大致相同的时间曲线。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的车载电网，其特征在于：车载电网包括至少一个另外的耗电器(Ln)，该另外的耗电器能与电源(V)并联地电连接。

7.用于机动车的车载电网，其包括：

彼此串联的蓄能器(ES)和基础蓄能器(ES2)，蓄能器(ES)构成用于提供预定的电压(UES)，并且基础蓄能器(ES2)构成用于提供预定的基础电压(UES2)；

电源(V)，该电源能与蓄能器(ES)电连接，并且构成用于提供电源电压(UG)，该电源电压大致等于所述预定的电压(UES)与所述预定的基础电压(UES2)的总和；

至少一个第一耗电器(L1)的至少一个第一选择(SEL1)，该第一耗电器设置成能与蓄能器(ES)并联地电连接；

至少一个第二耗电器(L2)的至少一个第二选择(SEL2)，该第二耗电器设置成能与基础蓄能器(ES2)并联地电连接。

8.根据权利要求7所述的车载电网，其特征在于：所述至少一个第一选择(SEL1)之一相配于所述至少一个第二选择(SEL2)之一，而且相应的第一选择(SEL1)与相配的第二选择(SEL2)具有大致相同的功率消耗。

9.根据权利要求7或8所述的车载电网，其特征在于：预定相应的第一选择(SEL1)和相配的第二选择(SEL2)，以便两者具有功率消耗的大致相同的时间曲线。

10.根据权利要求7或8所述的车载电网，其特征在于：车载电网包括至少一个另外的耗电器(Ln)，该另外的耗电器能与电源(V)并联地电连接。

11.用于运行根据权利要求1至3之一所述的车载电网的方法，其特征在于：

检测在与变压器(DCDC)相配的电线部分中的故障和/或变压器(DCDC)的故障；

根据检测，接通所述至少第一选择(SEL1)中的至少之一的一个或多个第一耗电器。

12.用于运行根据权利要求1至3之一所述的车载电网的设备，其特征在于：所述设备构造成，

检测在相配于变压器(DCDC)的电线部分内的故障和/或变压器(DCDC)的故障；

根据检测，接通所述至少一个第一选择(SEL1)中的至少之一的一个或多个第一耗电器。