專利名稱：機(jī)動車電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求2007年12月3日提交的法國申請0759532的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容 (文字、附圖和權(quán)利要求)通過引用被并入本文。本發(fā)明涉及機(jī)動車的車載網(wǎng)絡(luò)，尤其是涉及配備有交流起動器型可逆電機(jī)的車 輛的車載網(wǎng)絡(luò)，該可逆電機(jī)在熱力發(fā)動機(jī)起動時構(gòu)成電能的消耗構(gòu)件，并在該起動期之 外可在電流發(fā)電機(jī)模式中操作。本發(fā)明特別適用于配備有相對大功率的交流起動器的車 載網(wǎng)絡(luò)，如停止和起動功能和/或具有相對大汽缸工作容積的熱力發(fā)動機(jī)的起動所需要 的。
背景技術(shù)：
某些機(jī)動車配備有交流起動器，S卩，能夠通過使用電源例如電池起動熱力發(fā)動 機(jī)或在車被熱力發(fā)動機(jī)驅(qū)動時產(chǎn)生儲存在電池中的電流的電機(jī)。這些機(jī)器可特別在配備 有“停止和起動”功能的車中使用，對于這些車，車一停止，熱力發(fā)動機(jī)就停止，而例 如駕駛員一重新加速，熱力發(fā)動機(jī)就重新起動。更準(zhǔn)確地，在這些車上，停止和起動功 能可分成三個階段_熱力發(fā)動機(jī)的初始起動階段_已知該熱力發(fā)動機(jī)是被控制的點(diǎn)火(汽油發(fā)動 機(jī))或通過壓縮點(diǎn)火(柴油發(fā)動機(jī))的類型。該初始階段還被稱為第一起動階段。-熱力發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動的行駛階段，該熱力發(fā)動機(jī)產(chǎn)生車的零(速度的保持)、正或 負(fù)(減速)加速度。在減速情況期間，停止和起動系統(tǒng)可被設(shè)想為將車的一部分動能轉(zhuǎn) 變成電能-可由車的全部車載消耗構(gòu)件使用或例如通過電池儲存的電能。作為補(bǔ)充，車 一停止，或甚至停止一被預(yù)料到，例如車速一變得低于速度的某個下限，停止和起動系 統(tǒng)就切斷熱力發(fā)動機(jī)的供電，這允許減少碳?xì)淙剂系南?，因而限制污染環(huán)境的輻射。-熱力發(fā)動機(jī)的重新起動階段，該重新起動階段由駕駛員的意愿控制，例如通過 加速器踏板進(jìn)入深處而表明。允許重新起動發(fā)動機(jī)的交流起動器型電機(jī)需要高能量。然而，如果在第一次起 動期間，車的大部分電消耗構(gòu)件正常停止(這不是在重新起動期間的情況)，諸如空氣調(diào) 節(jié)器、照明系統(tǒng)、車的音頻-視頻系統(tǒng)等的設(shè)備可能是活動的，并應(yīng)為了車的乘客的舒 適和安全而保持這樣。然而，專用于重新起動的電機(jī)有很強(qiáng)的電流消耗，該電流消耗可能對整個車載 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很高的電壓下降并使需要電能的某些性能劣化，導(dǎo)致整個車的無品質(zhì)感覺，有 更被感覺像偶然的缺點(diǎn)，因?yàn)檐嚨氖褂貌灰欢ㄊ管嚨陌l(fā)動機(jī)的重新起動與該缺點(diǎn)聯(lián)系 (因?yàn)轳{駛員實(shí)際上沒有明確命令發(fā)動機(jī)的停止)。為了補(bǔ)救這個問題，已經(jīng)提出了不同的解決方案。最簡單的且已經(jīng)對具有停止 和起動功能的商用車實(shí)施的解決方案在于增加可用電功率，同時使初級電池與次級電池 結(jié)合。初級電池用于在第一次起動和重新起動階段期間提供必要的電功率。在該重新起 動期間，對電壓變化敏感的電功能由第二個電池供電，該電池是在這個階段期間用于這些功能的唯一能量源。在這個重新起動階段(其持續(xù)時間一般小于Is)之外，這些敏感 的功能由車的發(fā)電機(jī)(例如，交流發(fā)電機(jī))供電。該解決方案具有相對高的成本，不僅由于額外電池-其作為初級電池通常應(yīng)例 如每兩/三年被替換，而且由于這個額外電池不可總是安置在發(fā)動機(jī)隔間中且應(yīng)例如安 放在盒中，由此需要車的全部電子結(jié)構(gòu)甚至整個車結(jié)構(gòu)的重鑄。此外，該額外電池的質(zhì) 量和專用于其的電芯子使車變重，這將違背這種系統(tǒng)的目的，即，減少碳?xì)淙剂系南?和污染環(huán)境的輻射。最后，該額外電池通常專用于對電壓下降最敏感的消耗構(gòu)件，因此 它不一定構(gòu)成對電性能的劣化的問題的完全的解決方案，未由該額外電池供電的某些設(shè) 備甚至可能性能降低。這個問題由于預(yù)定用于連接到車載網(wǎng)絡(luò)的附件的多樣性惡化，例 如游戲控制臺、視頻控制臺、冰箱、奶瓶電熱器等，使得確保設(shè)備的良好的尺寸設(shè)計(jì)并 不總是容易，除非以明顯的方式使其尺寸過大。另一可能性在于提出通過另一種儲存能量裝置例如電容器補(bǔ)足電池。電池則提 供起動車輛的熱力發(fā)動機(jī)所必需的電功率(第一起動階段)，并用于給與其相關(guān)的全部功 能供電。第二存儲裝置基本上在重新起動期間被使用。但因?yàn)榈诙鎯ρb置的參考電 壓例如在車的參考電壓值的一到三倍之間是可變的，該第二存儲裝置只能在人們預(yù)料到 DC/DC或模擬型轉(zhuǎn)換器的情況下連接到車載網(wǎng)絡(luò)。該解決方案在這里再次引起明顯的成 本過大，插入(轉(zhuǎn)換器可能需要例如大約51量級的體積)和車的總質(zhì)量的增加(例如大 約5到IOkg)的問題。最近，某些商品化車配備有還以縮寫DMT已知的電壓保持設(shè)備，其與電池串聯(lián) 安裝。DMT實(shí)際上是瞬時功率的補(bǔ)償電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，對低壓敏感的構(gòu)件通過該轉(zhuǎn) 換器至少在重新起動階段期間被供電，DMT于是在電池上獲取其能量。該解決方案實(shí)際 上提出了與使電池分成兩個的解決方案類似的問題，因此有車的電子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、車 質(zhì)量的增加、歸因于DMT容積的體積的浪費(fèi)以及沒有被該轉(zhuǎn)換器供電的機(jī)構(gòu)的性能的降 低。另外，從專利FR2853154中已知被裝入機(jī)動車上的消耗構(gòu)件的電能供電系 統(tǒng)，該電能供電系統(tǒng)包括形成電能發(fā)電機(jī)的裝置，其輸出由電網(wǎng)連接到第一電能儲存裝 置_例如電化學(xué)電池_和第一消耗構(gòu)件。第二消耗構(gòu)件通過形成輔助能源的裝置例如電 容器和開關(guān)裝置連接到電網(wǎng)，開關(guān)裝置的功能由控制裝置操縱，以允許第二儲存裝置從 系統(tǒng)的其余部分充電以及第二儲存裝置與第二消耗構(gòu)件串聯(lián)連接以確保在其啟動期間的 供電。這樣的設(shè)備允許增加電壓和在第二消耗構(gòu)件在其啟動期間的邊界處的功率，因而 允許緩和與大能量消耗構(gòu)件的啟動相關(guān)的電壓下降，而并不因此使發(fā)電和能量儲存裝置 尺寸過大。因此，該設(shè)備的唯一目的是向功能提供瞬時功率，而在發(fā)動機(jī)停止階段期間 不提供解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此是包括交流起動器和電容器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其允許最小化當(dāng)交 流起動器在起動模式中時電壓的下降。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過電路來達(dá)到，該電路包括地線；車載網(wǎng)絡(luò)，其具有 通過包括第一開關(guān)的第一分支和包括第二開關(guān)的第二分支連接到車載網(wǎng)絡(luò)并連接到地線的電池；連接到電池的交流發(fā)電機(jī)；連接到車載網(wǎng)絡(luò)和地線的起動器和消耗構(gòu)件，該 電路還包括電壓保持設(shè)備，其包括橋，其將在電池和第一開關(guān)之間的第一分支的點(diǎn)連 接到在第二開關(guān)和地線之間的第二分支的點(diǎn)；以及連接到在第三開關(guān)和第二分支之間的 點(diǎn)處的橋的電容器和只在電容器的再充電期間允許電流在第二分支中流動的內(nèi)部供電設(shè)備。本發(fā)明特別適用于包括交流起動器的電路。使用根據(jù)本發(fā)明提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，電壓可尤其在起動期間被維持，即，當(dāng)交流 起動器在起動模式中操作并因而形成對網(wǎng)絡(luò)重要的充電時，以便其它電消耗構(gòu)件不被通 常由起動功能的觸發(fā)產(chǎn)生的電壓下降干擾。該目的通過簡單地使用開關(guān)和內(nèi)部供電設(shè)備來達(dá)到，該內(nèi)部供電設(shè)備當(dāng)然可為 DC/DC轉(zhuǎn)換器類型的，但然而因此有與現(xiàn)有技術(shù)所主張的轉(zhuǎn)換器的成本不能比較的(同 時財(cái)政和體積的)成本?？蓮膫鹘y(tǒng)電路獲得根據(jù)本發(fā)明的電路，一定數(shù)量的元件(實(shí)際上第二分支、 橋、內(nèi)部供電單元、電容器和幾個開關(guān))被添加到該傳統(tǒng)電路，但并不應(yīng)因此更改車的 電子結(jié)構(gòu)的所有其余部分，也就是說，本發(fā)明在停止和起動功能被設(shè)想為選項(xiàng)的情況下 實(shí)施起來特別簡單，因?yàn)檐嚨膫鹘y(tǒng)電路沒有被重新定義。在優(yōu)選的變化形式中，電路被設(shè)想成使得例如第一分支將電池的負(fù)極連接到地線。在一種變化形式中，內(nèi)部供電設(shè)備包括二極管和電感線圈。該變化形式也可涉 及另一類型的DC/DC轉(zhuǎn)換器(特征)，尤其是變壓器型轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可實(shí)際上通過多個電容器的串聯(lián)組合構(gòu)成。這個或這些電容器此外有利 地是也以術(shù)語超電容或UCAP已知的超電容器，能量儲存技術(shù)通過超電容器基于傳統(tǒng)電 容器的操作原理，并因此提供在能量密度上比電化學(xué)電池更弱的性能但以強(qiáng)大功率儲存/ 縮減儲量的能力。超電容器支持比常規(guī)電池的充電和再充電周期多得多的充電和再充電 周期的數(shù)量，專門用于在短時間內(nèi)需要很高的功率源的應(yīng)用中。目前商品化的超電容器 一般由圓柱形元件構(gòu)成，圓柱形元件本身通過卷起一張薄板形成，該薄板由形成陽極的 鋁薄片、紙質(zhì)隔板和形成陰極的另一鋁薄片組成。形成陽極和陰極的薄片一般受到表面 處理，以有利于薄氧化鋁層的形成，尤其是活化層例如碳泡沫的粘接。這樣形成的元件 然后被電解液浸漬，且整體被包圍在密封箱中，以便避免電解液的蒸發(fā)，當(dāng)然同時預(yù)期 實(shí)現(xiàn)用于將陽極和陰極連接到電路的手段。在本發(fā)明的變化形式中，開關(guān)有利地由根據(jù)交流起動器的操作模式控制轉(zhuǎn)換的 操縱單元管理。優(yōu)選地，該管理將同樣考慮外部參數(shù)，例如車速、熱力發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)、電容器的充電水平、電池的充電水平和車載網(wǎng)絡(luò)的充電水平。


從參考附圖在下面進(jìn)行的實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征變得明 顯，其中圖1是示出在沒有補(bǔ)償方法情況下在起動期間車載網(wǎng)絡(luò)的電壓下降的示意圖；圖2是配備有根據(jù)本發(fā)明的集中式電壓保持設(shè)備的機(jī)動車的電路的簡化示意圖；以及圖3示出對于符合圖2的電路在重新起動期間車載網(wǎng)絡(luò)和電容器電壓的電壓變 化。
具體實(shí)施例方式圖1是示出在配備有停止和起動類型的重新起動功能的車上在重新起動期間車 載網(wǎng)絡(luò)的電壓的變化的模擬。可觀察到，在大約500ms的時期期間，通常為大約12.5伏 的車載網(wǎng)絡(luò)的電壓(假設(shè)車配備有相同電壓的傳統(tǒng)電池)以準(zhǔn)瞬時的方式下降到大約8伏。為了避免這樣的電壓下降，本發(fā)明提議通過給車的電路添加電壓保持設(shè)備來更 改車的電路，該電壓保持設(shè)備在其不專用于一個(或幾個)特定的消耗構(gòu)件的意義上稱為 集中式的。在圖2中示出該設(shè)備。應(yīng)著重指出，該設(shè)備整個位于電池附近的環(huán)境中，且 其插入只需要車的電路的相對簡單的更改。在圖2中，可找到傳統(tǒng)電路的元件，即，特別是車載網(wǎng)絡(luò)R，由電池1例如電化 學(xué)電池或更一般地任何電壓積累的等效裝置構(gòu)成的主要供電源。電池由交流發(fā)電機(jī)3供電，交流發(fā)電機(jī)3通過分支12連接到電池并另外連接到 地線M。該交流發(fā)電機(jī)3是可逆電機(jī)，其起交流發(fā)電機(jī)因而電能發(fā)電機(jī)的作用(在重新 起動之外)并在重新起動(例如第一次起動或重新起動)期間帶動熱力發(fā)動機(jī)的軸。在 此處沒有示出的本發(fā)明的變化形式中，交流發(fā)電機(jī)代替交流起動器，起動和重新起動則 由形成電力充電的起動器保證。所有這些構(gòu)件以及交流起動器一方面連接到車載網(wǎng)絡(luò)的電壓Ur(例如12.5伏)， 另一方面連接到地電位M。電池也通過網(wǎng)絡(luò)的分支bl連接到該地電位，分支bl連接到 電池的負(fù)極，而分支b2連接到正極。根據(jù)本發(fā)明的電壓保持設(shè)備本質(zhì)上通過插入連接兩個分支bl和b2的橋b3和電 容器2而構(gòu)成，電容器2放置在將該橋b3連接到分支bl的線b4上。兩個操縱開關(guān)Kl 和K3分別安裝在分支bl和橋b3上，Kl更準(zhǔn)確地放置在分支bl的在橋b3和分支b4之 間的部分上，且K3放置在橋b3的介于分支bl和承載電容器的分支b4之間的部分上。 開關(guān)Kl和K3通過在這里通常由參考標(biāo)號5示出的控制器來操縱，并例如由發(fā)動機(jī)控制 器_或更準(zhǔn)確地專用于車的起動和重新起動的模塊控制。當(dāng)開關(guān)K3在接通位置而開關(guān)K2在關(guān)斷位置時，電容器與車的電池串聯(lián)放置。 這種配置相應(yīng)于熱力發(fā)動機(jī)的起動或重新起動階段。在分支b2上，另外有形成內(nèi)部供電設(shè)備的組件8，其包括連接到開關(guān)K2的二極 管10和電感線圈11，開關(guān)K2也例如由設(shè)備5或?qū)Ｓ糜谠撻_關(guān)的設(shè)備操縱。在一種變 化形式中，二極管10可由斷路器代替，這使BUCK型結(jié)構(gòu)朝著BUCK-BOOST型結(jié)構(gòu)發(fā) 展。組件8因此從電力觀點(diǎn)被分析為最終可逆的DC/DC轉(zhuǎn)換器。為了通過組件8給電容器再充電，開關(guān)K2被控制(最終在頻率上)，K3被關(guān) 斷，而K2被接通。更準(zhǔn)確地，電容器的充電電壓通過內(nèi)部供電設(shè)備8獲得。有利地，該充電電壓 可根據(jù)交流起動器的電特征、車輛的電子功能/構(gòu)件需求和電池的工作狀態(tài)(空載電壓和內(nèi)部阻抗和溫度)而被調(diào)節(jié)。因此，電容器的再充電可在車或發(fā)動機(jī)的減速期間被控制，該減速相應(yīng)于動能 到電能的恢復(fù)階段。當(dāng)電力車載網(wǎng)絡(luò)的充電允許時，該再充電也能以行駛條件例如車速 穩(wěn)定或車或發(fā)動機(jī)的加速實(shí)現(xiàn)。另外，電容器的再充電同樣可只在電容器電壓低于在(8)中預(yù)定的指定閾值時 被控制，允許保證在重新起動或第一次起動期間全部功能/構(gòu)件的正常性能。被操縱的開關(guān)Kl和K3應(yīng)能夠使大約700A或更多的電流(起動器電流)通過， 這在如圖1所示的大約0.5s的時期期間。稱為功率Mos技術(shù)的開關(guān)可例如適合于此目 的。開關(guān)Kl、K3且優(yōu)選地還有K2的操縱單元當(dāng)然應(yīng)能夠根據(jù)關(guān)于交流起動器的操 作狀態(tài)的信息，但優(yōu)選地也根據(jù)外部信息例如車或發(fā)動機(jī)的速度、與參考電平比較的電 容器和/或電池和/或車載網(wǎng)絡(luò)的電壓(充電水平)來管理轉(zhuǎn)換。從存在二極管10方面看，電容器只可這樣朝著電池放電，換句話說，電流總是 在同一方向上流動。有利地，內(nèi)部供電單元被設(shè)想成在大約IOs的時期期間通過大約40A 的平均電流給電容器再充電，這針對由至少2.5伏的至少一個UCAP組成的例如300F的 電容器。即使內(nèi)部供電單元具有DC/DC轉(zhuǎn)換器類型，它沒有形成所需尺寸來以連續(xù)的方 式給車載網(wǎng)絡(luò)供電，因此事實(shí)上構(gòu)成體積非常小且質(zhì)量非常輕的微轉(zhuǎn)換器。電容器的電容以及其最大電壓可根據(jù)性能限制被調(diào)節(jié)電池的劣化、重新起動 的功率，或在重新起動階段中需要更高的電壓供電的一個或多個功能/構(gòu)件的限制。在 車的減速階段期間，動能的一部分可用于通過交流發(fā)電機(jī)給電容器再充電。在圖3中，示出了類似于圖1的在重新起動期間車載網(wǎng)絡(luò)的電壓的變化，但這次 電路配備有根據(jù)本發(fā)明的電壓保持設(shè)備?？捎^察到與開關(guān)Kl和K3的閉合和關(guān)斷相關(guān)的 但實(shí)際上瞬時的電壓的輕微峰值的形成，以便它們通常不產(chǎn)生經(jīng)歷這樣的峰值的網(wǎng)絡(luò)的 不同電能消耗構(gòu)件的功能的干擾。車載網(wǎng)絡(luò)的電壓的非常輕微的劣化另外隨著重新起動 階段流逝而產(chǎn)生，以在該時期末達(dá)到大約1伏，但在這里再次，這通常是與消耗構(gòu)件的 標(biāo)稱功能兼容的值的數(shù)量級。注意，如果交流起動器的充電在熱力發(fā)動機(jī)的起動或重新起動階段期間不是恒 定的，重大的電壓變化可能產(chǎn)生，這可通過開關(guān)K3的調(diào)節(jié)來最小化(削減)。在圖3中，還示出了電容器的電壓，這表明重新起動形成等于大約僅僅1伏的電 壓下降的電荷的損失。因?yàn)殡妷旱倪@個變化低于電池的電壓，電容器的再充電與如果電 容器通過在電池上的并聯(lián)設(shè)置被再充電相比限制少很多。根據(jù)本發(fā)明的電壓保持設(shè)備此外允許部分地補(bǔ)償在寒冷天氣中電池的性能劣化 (電容器的性能基本上不被零下溫度影響)。使用汽缸工作容積超過例如1.61的發(fā)動機(jī)也 特別有利，對于這些在起動和重新起動期間大功率是必需的。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)動車電路，包括 地線(M)； 車載網(wǎng)絡(luò)(R)，其具有通過包括第一開關(guān)(Kl)的第一分支(bl)和包括第二開關(guān) (K2)的第二分支(b2)連接到所述網(wǎng)絡(luò)(R)并連接到所述地線(M)的電池⑴； 連接到所述電池(1)的交流發(fā)電機(jī)(3)；連接到所述車載網(wǎng)絡(luò)和所述地線(M)的起 動器和消耗構(gòu)件(4)； 電壓保持設(shè)備，其包括-橋(b3)，其將在所述電池(1)和所述第一開關(guān)(Kl)之間的所述第一分支(bl)的點(diǎn) 連接到在所述第二開關(guān)(K2)和所述地線(M)之間的所述第二分支(b2)的點(diǎn)；以及-在第三開關(guān)(K2)和所述第二分支(b2)之間的點(diǎn)處連接到橋(b3)的電容器(2)以 及只在所述電容器(2)的再充電期間允許電流在所述第二分支(b2)中流動的內(nèi)部供電設(shè) 備⑶。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，特征在于，所述起動器和所述交流發(fā)電機(jī)形成交流起動 器(3) ο
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的電路，特征在于，所述第一分支(bl)將所述電 池的負(fù)極連接到所述地線(M)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路，特征在于，所述內(nèi)部供電設(shè)備(8)包括二極 管(10)和電感線圈(11)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路，特征在于，所述電容器是超電容器類型。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路，特征在于，所述電容器由串聯(lián)安裝的多個 電容器形成。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路，特征在于，所述開關(guān)ΚΙ、K2和K3的操縱 單元(5)根據(jù)所述交流發(fā)電機(jī)的操作模式控制轉(zhuǎn)換。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，特征在于，所述操縱單元(5)還管理在車速、機(jī)動車的 熱力發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、電容器的充電水平、電池的充電水平和車載網(wǎng)絡(luò)的充電水平中 間選擇的至少一個外部信息。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電路，特征在于調(diào)節(jié)所述開關(guān)K3以削減在所述熱 力發(fā)動機(jī)的起動和重新起動階段期間的電壓變化。
全文摘要
本發(fā)明目的是提供一種機(jī)動車電路，包括地線(M)；車載網(wǎng)絡(luò)(R)，其具有通過包括第一開關(guān)(K1)的分支(b1)和包括第二開關(guān)(K2)的第二分支(b2)連接到網(wǎng)絡(luò)(R)并連接到地線(M)的電池(1)；連接到電池的交流發(fā)電機(jī)(3)，連接到車載網(wǎng)絡(luò)和地線的起動器和消耗構(gòu)件(4)。該電路還包括電壓保持設(shè)備，其包括將分支(b1)連接到分支(b2)的橋(b3)；以及在第三開關(guān)(K2)和第二分支(b2)之間的點(diǎn)處連接到橋(b3)的電容器(2)以及只在電容器(2)的再充電期間允許電流在第二分支(b2)中流動的內(nèi)部供電設(shè)備(8)。
文檔編號B60R16/02GK102017360SQ200880118972
公開日2011年4月13日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者B·布克利, H·佩瑟瓦爾 申請人:標(biāo)致·雪鐵龍汽車公司