專利名稱：用于具有高功率耗電器的微型混合動力機動車的蓄電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明基于一種用于機動車的蓄電池系統(tǒng)，此機動車以相同的工作電壓給多個不同種類的耗電器供能。本發(fā)明還涉及一種具有相應的蓄電池系統(tǒng)的機動車。
背景技術：
在具有內燃機的機動車中設置所謂的車載電網，以便向用于內燃機的電氣啟動機或啟動裝置以及機動車的其他電氣設備供能，依據標準，以14V驅動此車載電網(見圖I)。在內燃機(未示出)啟動時，通過此車載電網向啟動裝置11提供電壓，該電壓取決于為了供能而設置的啟動蓄電池10的充電狀態(tài)，此啟動裝置啟動內燃機(在圖I的示例中當通過相應的啟動信號閉合開關12時)。如果內燃機已經啟動，則其驅動發(fā)電機13-1( “照明發(fā)電機”)，然后，此發(fā)電機產生大約為14V的電壓并將其通過車載電網提供給機動車內的各 種耗電器14-1。其中，發(fā)電機13-1也為在啟動過程中加載的啟動蓄電池10再次充電?？梢灶A見，在不遠的將來，所謂的微型混合動力機動車將經歷進一步的發(fā)展。相較于“純”混合動力汽車，這種類型的機動車還具有內燃機用于驅動。盡管設置了用于例如在制動時回收動能(能量回收)的裝置，但以電形式回收的能量并沒有用于驅動，而是用于自動啟停和其他電氣子系統(tǒng)等，以盡量少用由內燃機驅動的發(fā)電機，從而減輕內燃機的負擔并由此減少其燃料消耗。然而，如今在批量生產的微型混合動力機動車中已經有很多關于通常使用的鉛酸蓄電池的使用壽命的問題，因為相較于傳統(tǒng)的機動車，這種機動車需要巨大的額外充電量。原因在于耗電器在內燃機關閉的停止階段必須由蓄電池供能。另一方面，以此種方式迅速放電的蓄電池在相對短的能量回收階段又被充電，這是蓄電池的負擔。這導致了部分微型混合動力機動車中的蓄電池使用壽命低于兩年。必須經常更換蓄電池導致了機動車的可靠性問題和顧客的不滿。另一個如今設計的機動車的問題是當車載電網運行在14V時，諸如電氣空調壓縮機或電氣取暖系統(tǒng)的電氣高功率耗電器的供能是有問題的，因為鑒于相對低的電壓必須向這些耗電器供給非常高的電流，以提供所需的功率。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明引入一種車載電網或蓄電池系統(tǒng)，其所使用的蓄電池具有更長的使用壽命，且其更適合于向高功率耗電器供能。本發(fā)明的第一方面提出一種用于具有內燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，其中此蓄電池系統(tǒng)至少具有啟動電路、低壓車載電網和具有提高了的電壓的車載電網。該啟動電路具有第一蓄電池和與第一蓄電池相連接或可連接的啟動機，此啟動機被構造為根據啟動信號啟動內燃機。低壓車載電網具有第二蓄電池和至少一個耗電器，此第二蓄電池被構造為產生第一電壓且將其輸出給低壓車載電網。具有提高了的電壓的車載電網具有第三蓄電池和發(fā)電機，此第三蓄電池被構造為產生高于第一電壓的第二電壓且將其輸出給具有提高了的電壓的車載電網，此發(fā)電機可由內燃機驅動且被構造為產生高于第二電壓的第三電壓(并且能夠由此作為用于第三蓄電池的充電電壓)且將其輸出給具有提高了的電壓的車載電網。具有提高了的電壓的車載電網通過第一耦合單元與低壓車載電網相連接，此第一耦合單元被構造為從具有提高了的電壓的車載電網獲取電能并將其引入至低壓車載電網。低壓車載電網通過第二耦合單元與啟動電路相連接，第二耦合單元被構造為從低壓車載電網獲取電能且將其引入至啟動電路。本發(fā)明具有如下優(yōu)點，即低壓車載電網能夠進一步驅動設計在低(第一)電壓上的耗電器。然而，具有提高了的電壓的車載電網用于高功率耗電器，由于第三電壓較高，該車載電網能夠以相對小的電流向高功率耗電器供能。此外，啟動電路和低壓車載電網是分開的，且啟動電路和低壓車載電網分別擁有一個自己的蓄電池。這樣能夠穩(wěn)定低壓車載電網且使其對于由微型混合動力機動車的自動啟停引起的經常性啟動過程較不敏感。尤其地，低壓車載電網的電壓在啟動時不會驟降或者至少驟降量明顯減小，這就確保了低壓車、載電網中運行的耗電器無差錯地并由此可靠地工作。具有提高了的電壓的車載電網也具有一個自己的蓄電池，從而在發(fā)電機沒有打開的停止階段確保了高功率耗電器的運行。根據本發(fā)明，發(fā)電機安裝在具有提高了的電壓的車載電網中，且其在內燃機的成功啟動后向車載電網供給電能，此電能至少部分地也能夠被提供至低壓車載電網和啟動電路，從而分別為第二和第一蓄電池充電。再次，在具有提高了的電壓的車載電網中安置發(fā)電機還具有如下優(yōu)點在具有提聞了的電壓的車載電網中廣生電能，在具有提聞了的電壓的車載電網中同樣安置有最大的耗電器。電能中僅僅只有很少一部分必須通過耦合單元提供至低壓車載電網，這提高了整個裝置的效率。此外，啟動電路和低壓車載電網具有特殊的蓄電池，此蓄電池能夠向低壓車載電網的耗電器以及啟動機本地地提供所需的電氣功率并且能夠緩沖峰值功率，從而減輕耦合單元的負擔。特別優(yōu)選地，蓄電池系統(tǒng)中的第一、第二或第三蓄電池至少有一個是鋰離子蓄電池。相較于鉛酸蓄電池，鋰離子蓄電池能夠在給定的體積內存儲更多的能量。此處，特別有利的是此第一和第二耦合單元在內燃機的成功啟動之后將電能從低壓車載電網或從具有提高了的電壓的車載電網分別引入至啟動電路和低壓車載電網，且因此分別作為第一和第二蓄電池的充電器而起作用。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，第一和/或第二蓄電池應該以一種特殊的方式充電，因為其被實施為鋰離子蓄電池且因此對于過壓是敏感的。鋰離子蓄電池的另一個優(yōu)點是其能夠經受多次循環(huán)充電且因此能夠提高微型混合動力機動車的可靠性。具有提高了的電壓的車載電網能夠具有至少一個諸如電氣空調壓縮機、電氣取暖系統(tǒng)或電動機的高功率耗電器。低壓車載電網的至少一個耗電器能夠例如是音響設備、導航裝置或電搖窗器。在本發(fā)明的一個有利的實施例中設置了二極管，其陽極與所述低壓車載電網相連接，其陰極與所述啟動電路相連接。如果啟動電路中的電壓由于內燃機啟動時的較大負載而驟降，則二極管將自動開始導通且通過將第二蓄電池與第一蓄電池并聯(lián)連接來穩(wěn)定啟動電路的電壓。因為二極管相較于第二耦合單元能夠導通明顯更大的電流，所以第二耦合單元可能不能如期望的那樣穩(wěn)定啟動電路中的電壓。
第一蓄電池能夠被構造為產生第一電壓并且將其輸出給啟動電路。由此啟動電路中的電壓和低壓車載電網中的電壓被選為一樣，這尤其在考慮到上述的具有二極管的實施例時有意義。此外，針對低的第一電壓設計的、已試驗的啟動機能夠繼續(xù)在根據本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)中使用。優(yōu)選地，第一耦合單元和/或第二耦合單元為DC/DC轉換器。第一電壓能夠在IOV和15V之間。這個電壓范圍保證了與機動車制造中可使用的很多電氣系統(tǒng)的兼容性。出于同樣的原因，也優(yōu)選地針對啟動電路設置第一電壓。
優(yōu)選地，第二電壓在24V和25V之間。這一電壓范圍允許簡單地向高功率耗電器提供所需的電功率，而不用提升其電壓以致由于電壓高而對修理時的維修人員或者事故時的救援人員或乘客產生危險。通過將第二電壓大約設置在第一電壓的兩到三倍之間，具有提高了的電壓的車載電網和低壓車載電網的耦合也將非常簡單，由此能夠以高效率實現(xiàn)將第二電壓轉換至第一電壓。本發(fā)明的第二方面涉及一種具有內燃機和本發(fā)明第一方面所述的蓄電池系統(tǒng)的機動車。此種機動車優(yōu)選地實施為微型混合動力機動車。


下面將根據實施例的附圖進一步闡述本發(fā)明。其中，相同或者相似的附圖標記代表相同或者相似的元件。附圖中圖I示出了現(xiàn)有技術中的蓄電池系統(tǒng)；以及圖2示出了依據本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的實施例。
具體實施方式

圖2示出了依據本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的實施例。優(yōu)選地實施為鋰離子蓄電池的第一蓄電池10向啟動電路供給優(yōu)選為IOV至15V的電壓，其中，準確的電壓取決于第一蓄電池10的充電狀態(tài)。啟動機11和第一蓄電池10相連接，其被構造為啟動內燃機(未示出)。與啟動機11串聯(lián)的是受啟動信號控制的開關12。如果開關12閉合，啟動機11被激活且電流從第一蓄電池10流過啟動機11。為了不給第一蓄電池10額外地增加負擔，優(yōu)選地不給啟動機11并聯(lián)其他耗電器。啟動電路通過在實施例中被實施為DC/DC轉換器的耦合單元17與低壓車載電網相連接。耦合單元17被構造為從低壓車載電網獲取電能且將其引入至啟動電路，從而再為第一蓄電池10充電?？蛇x地能夠設置二極管18，如果啟動電路中的電壓降至低壓車載電網中的電壓之下，則二極管將低壓車載電網與啟動電路相連接。低壓車載電網擁有自己的蓄電池第二蓄電池15，其優(yōu)選地被實施為鋰離子蓄電池且被構造為產生優(yōu)選為IOV至15V的電壓。此外，在低壓車載電網中設置至少一個耗電器14-2，其被設計為在IOV至15V的電壓上運行。這樣的耗電器的示例能夠是導航裝置和 類似裝置。低壓車載電網通過另一個、在實施例中同樣被實施為DC/DC轉換器的耦合單元16與具有提高了的電壓的車載電網相連接。具有提高了的電壓的車載電網包括第三蓄電池20，其產生優(yōu)選為24V至45V的電壓。具有提高了的電壓的車載電網包括發(fā)電機13-2作為附加電源，其由(已啟動的)內燃機驅動且被構造為產生優(yōu)選為30V至45V的電壓，即優(yōu)選地高于第三蓄電池的電壓的電壓。另一個耦合單元16被構造為從具有提高了的電壓的車載電網獲取電能并將其引入至低壓車載電網，從而為第二蓄電池15充電且提供對于至少一個耗電器14-2的運行所需的功率。與之相反，具有提高了的電壓的車載電網包括這樣的耗電器，其吸收相對高的功率，且因此為了降低所需電流，簡單地依據本發(fā)明由第三蓄電池或發(fā)電機13-2產生的較高的電壓驅動該耗電器。在圖2中示例性地示出了這樣的高功率耗電器19。例如，其能夠是電氣空調壓縮機或取暖系統(tǒng)。顯而易見的，尤其是第一耦合單元16以及第二耦合單元17也能夠被構造為用于雙向電荷輸送。本發(fā)明的此類實施例允許在各蓄電池或車載電網之間按需求傳輸電荷。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種用于具有內燃機的機動車，優(yōu)選地為微型混合動力機動車的車載電網或蓄電池系統(tǒng)，其相較于現(xiàn)有技術中的解決方案，更適合于向高功率耗電器供能且具有更高的可靠性。
權利要求
1.一種用于具有內燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，所述蓄電池系統(tǒng)至少具有 啟動電路，其具有第一蓄電池(10)和與所述第一蓄電池(10)相連接或可連接的啟動機(11)，所述啟動機被構造為根據啟動信號啟動所述內燃機； 低壓車載電網，其具有第二蓄電池(15)和至少一個耗電器(14-2)，所述第二蓄電池(15)被構造為產生第一電壓且將其輸出給所述低壓車載電網；以及 具有提高了的電壓的車載電網，其具有第三蓄電池(20)和發(fā)電機(13-2)，所述第三蓄電池(20)被構造為產生高于所述第一電壓的第二電壓并將其輸出給所述具有提高了的電壓的車載電網，所述發(fā)電機可由所述內燃機驅動且被構造為產生高于所述第二電壓的第三電壓且將其輸出給所述具有提高了的電壓的車載電網，其中所述具有提高了的電壓的車載電網通過第一耦合單元(16)與所述低壓車載電網相連接，所述第一耦合單元被構造為從所述具有提高了的電壓的車載電網獲取電能并將其引入至所述低壓車載電網，并且其中所述低壓車載電網通過第二耦合單元(17)與所述啟動電路相連接，所述第二耦合單元被構 造為從所述低壓車載電網獲取電能且將其弓I入至所述啟動電路。
2.根據權利要求I所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述第一蓄電池(10)、所述第二蓄電池(15)或所述第三蓄電池(20)中的至少一個被實施為鋰離子蓄電池。
3.根據權利要求I或2所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述具有提高了的電壓的車載電網具有至少一個諸如電氣空調壓縮機、電氣取暖系統(tǒng)或電動機的高功率耗電器(19)。
4.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述低壓車載電網的所述至少一個耗電器(14-2)例如是音響設備、導航裝置或電搖窗器。
5.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其具有二極管(18)，其陽極與所述低壓車載電網相連接，其陰極與所述啟動電路相連接。
6.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述第一蓄電池(10)被構造為產生所述第一電壓且將其輸出給所述啟動電路。
7.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述第一耦合單元(16)和/或所述第二耦合單元(17)為DC/DC轉換器。
8.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述第一電壓在IOV和15V之間。
9.根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其中所述第二電壓在24V和25V之間。
10.一種機動車，尤其是微型混合動力機動車，其具有內燃機和根據以上權利要求中任一項所述的蓄電池系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于具有內燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，其中該蓄電池系統(tǒng)至少具有啟動電路、低壓車載電網和具有提高了的電壓的車載電網。啟動電路具有第一蓄電池(10)和與第一蓄電池(10)相連接或可連接的啟動機(11)，該啟動機被構造為根據啟動信號啟動內燃機。低壓車載電網具有第二蓄電池(15)和至少一個耗電器(14-2)，該第二蓄電池(15)被構造為產生第一電壓且將其輸出給低壓車載電網。具有提高了的電壓的車載電網具有第三蓄電池(20)和發(fā)電機(13-2)，第三蓄電池(20)被構造為產生高于第一電壓的第二電壓并將其輸出給低壓車載電網，發(fā)電機可由內燃機驅動且被構造為產生高于第二電壓的第三電壓且將其輸出給具有提高了的電壓的車載電網。具有提高了的電壓的車載電網通過第一耦合單元(16)與低壓車載電網相連接，第一耦合單元被構造為從具有提高了的電壓的車載電網獲取電能且將其引入至低壓車載電網。低壓車載電網通過第二耦合單元(17)與啟動電路相連接，第二耦合單元被構造為從低壓車載電網獲取電能且將其引入至啟動電路。此外，本發(fā)明還涉及一種具有相應的蓄電池系統(tǒng)的機動車。
文檔編號B60L1/02GK102725169SQ201180007166
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權日2010年1月27日
發(fā)明者H·芬克, J·費策爾, S·布茨曼 申請人:Sb鋰摩托德國有限公司, Sb鋰摩托有限公司