車載電網(wǎng)和用于運行車載電網(wǎng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車的車載電網(wǎng)、一種用于運行該車載電網(wǎng)的方法以及一 種具有該車載電網(wǎng)的機(jī)動車。
【背景技術(shù)】
[0002] 在具有內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動車中，為了給內(nèi)燃機(jī)的電起動機(jī)或起動器以及機(jī)動車的另外 的電氣裝置供電，設(shè)置車載電網(wǎng)，該車載電網(wǎng)按標(biāo)準(zhǔn)以12V來運行。在起動內(nèi)燃機(jī)的情況 下，當(dāng)例如通過相應(yīng)的起動器信號使開關(guān)斷合時，經(jīng)由該車載電網(wǎng)由起動器電池組給起動 內(nèi)燃機(jī)的起動器提供電壓。如果內(nèi)燃機(jī)被起動，則該內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)于是生成 大約12V的電壓，并且經(jīng)由車載電網(wǎng)提供給機(jī)動車中的不同的耗電器。在此，發(fā)電機(jī)還對通 過起動過程被加載的起動器電池組進(jìn)行再充電。如果該電池組經(jīng)由車載電網(wǎng)被充電，則實 際電壓可以處于標(biāo)稱電壓之上、例如處于14V或14. 4V。
[0003] 已知的是，在電動和混合動力車輛中使用具有48V的標(biāo)稱電壓的另一車載電網(wǎng)。
[0004] US 7, 193, 392示出一種電池組包（Batteri印ack)，該電池組包可以在該電池 組包通過HEV電動機(jī)或者通過機(jī)動車在制動過程期間的動能和勢能作為發(fā)電機(jī)被驅(qū) 動時從HEV電動機(jī)獲得電荷。為了將單個電池組電池以電子方式耦合到補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器 (Ausgleichskonverter)上，控制單元向一對雙向開關(guān)提供能量。該對開關(guān)被用于選擇性地 對各個電池組電池充電和放電。
[0005] US 6, 909, 201示出用于機(jī)動車的車載電網(wǎng)的可切換電源架構(gòu)，其中使用僅僅一種 電池組配置，以便降低結(jié)構(gòu)空間、成本和復(fù)雜性。雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器在低電流電網(wǎng)被供應(yīng)電 流時充當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器，并且也可以在高壓電網(wǎng)被供應(yīng)電流時在另一運行模式下充當(dāng)升壓轉(zhuǎn) 換器。
[0006] US 8, 129, 952公開了一種具有轉(zhuǎn)換電路和多個主端子的電池組系統(tǒng)，所述主端子 被配置為使得其可以與位于主端子之間的充電單元、充電設(shè)備和多個可再充電的相互串聯(lián) 的可再充電電池組模塊連接。該電池組系統(tǒng)具有切換電路，該切換電路被構(gòu)成為使得電池 組模塊中的第一個耦合到切換電路的輸入端上。此外，所述模塊與補(bǔ)償電路連接，其中該補(bǔ) 償電路被配置為使得該補(bǔ)償電路由可再充電電池組模塊中的第一個來供應(yīng)電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種用于機(jī)動車的車載電網(wǎng)，其中該車載電網(wǎng)具有有至少一個低壓耗 電器的低壓子電網(wǎng)、以及有至少一個高壓耗電器、起動器發(fā)電機(jī)和電池組的高壓子電網(wǎng)，該 電池組被設(shè)立用于生成高電壓并輸出給高壓子電網(wǎng)。在此規(guī)定：高壓子電網(wǎng)經(jīng)由耦合單元 與低壓子電網(wǎng)連接，該耦合單元被設(shè)立用于從高壓子電網(wǎng)提取能量并輸送給低壓子電網(wǎng)并 且該耦合單元此外還被設(shè)立用于從低壓子電網(wǎng)提取能量并輸送給高壓子電網(wǎng)。此外規(guī)定： 電池組具有至少兩個有電壓分接頭的電池組單元，所述電壓分接頭被引導(dǎo)到耦合單元上， 并且耦合單元被設(shè)立用于選擇性地將電池組單元接入低壓子電網(wǎng)和從低壓子電網(wǎng)斷開。
[0008] 該車載電網(wǎng)所具有的優(yōu)點是，通過低壓子電網(wǎng)可以運行根據(jù)第一低電壓設(shè)計的耗 電器，并且高壓子電網(wǎng)、即具有相對于第一電壓提高的電壓的子電網(wǎng)可用于高功率耗電器。 在此，低壓子電網(wǎng)的供電與高壓子電網(wǎng)中的充電和放電過程重疊。
[0009] 該車載電網(wǎng)既可以在固定應(yīng)用中、例如在風(fēng)力發(fā)電裝置中使用，也可以在機(jī)動車 中、例如在混合動力和電動車輛中使用。該車載電網(wǎng)尤其是可以在具有起停系統(tǒng)的機(jī)動車 中使用。
[0010] 所介紹的系統(tǒng)、即該車載電網(wǎng)和相關(guān)控制設(shè)備、例如電池組管理系統(tǒng)尤其適合于 在具有48V發(fā)電機(jī)和14V起動器的機(jī)動車中使用，其中14V起動機(jī)優(yōu)選地被設(shè)計用于起/停 系統(tǒng)。具有12V或14V電壓的車載電網(wǎng)在本公開的范圍中被稱為低壓車載電網(wǎng)。具有48V 的標(biāo)稱電壓的車載電網(wǎng)也被稱為高壓車載電網(wǎng)。
[0011] 所介紹的系統(tǒng)尤其適合于在如下的機(jī)動車中使用：所述機(jī)動車具有用于在加速 (boost (助推)）以及回收（recuperation)制動能時進(jìn)行支持的系統(tǒng)(助推回收系統(tǒng)，BRS)。 在助推回收系統(tǒng)的情況下，在制動過程中、在下坡行駛中或者在滑翔運行中獲得電能，以便 將該電能供應(yīng)給耗電器。該助推回收系統(tǒng)提高系統(tǒng)的效率，使得可以節(jié)省燃料或可以減小 排放。在此，高壓子電網(wǎng)中的電池組可以支持內(nèi)燃機(jī)，這被稱為所謂的助推，或者可以在低 速度下針對短路段被用于純電行駛，例如在駛?cè)牒婉偝鐾＼囄粫r。
[0012] 術(shù)語"電池組"和"電池組單元"在本說明書中與通常的語言慣用法相適配地被用 于蓄電池或蓄電池單元。
[0013] 電池組包括一個或多個電池組單元，所述電池組單元可以表示電池組電池、電池 組模塊、模塊串（Modulstrang)或者電池組包。在此，電池組電池優(yōu)選地在空間上被聯(lián)合并 且以電路技術(shù)被相互連接，例如串聯(lián)或并聯(lián)布線成模塊。多個模塊可以形成所謂的電池組 直接轉(zhuǎn)換器（BDC, battery direct converter)并且多個電池組直接轉(zhuǎn)換器形成電池組直 接逆變器（BDI, battery direct inverter)。
[0014] 獨立權(quán)利要求中所說明的主題的有利的改進(jìn)方案和改善方案可以通過從屬權(quán)利 要求中列舉的措施來實現(xiàn)。
[0015] 有利的是，可選擇性地接入的電池組單元分別被設(shè)計用于提供低電壓。因此電池 組單元可以交替地被要求提供低電壓，例如以便支持起停系統(tǒng)，這導(dǎo)致電池組單元的提高 的壽命。
[0016] 根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，耦合單元具有雙向開關(guān)，借助于所述雙向開關(guān)可以選 擇性地將電池組單元接入低壓子電網(wǎng)和從低壓子電網(wǎng)斷開。雙向開關(guān)具有兩個接線端子， 借助所述接線端子將所述雙向開關(guān)合并到相應(yīng)線路中。所述雙向開關(guān)可以經(jīng)由第三接線端 子被轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)"通"和第二狀態(tài)"斷"中。雙向開關(guān)優(yōu)選地在第一狀態(tài)"通"下能夠?qū)?現(xiàn)兩個方向上、即相對于雙向開關(guān)的將其合并到相應(yīng)線路中所借助的接線端子而言的兩個 方向上的電流流動。此外，雙向開關(guān)優(yōu)選地在第二狀態(tài)"斷"下采?。╝ufnehmen)兩種極性 的截止電壓。
[0017] 在將電池組單元接入到低壓子電網(wǎng)中時，優(yōu)選地操作至少一個雙向開關(guān)。特別優(yōu) 選地操作兩個雙向開關(guān)。在將電池組單元從低壓子電網(wǎng)切斷時，同樣優(yōu)選地操作至少一個 雙向開關(guān)、特別優(yōu)選地操作兩個雙向開關(guān)。
[0018] 電池組單元相對于高壓電網(wǎng)而言被串聯(lián)、即相互串聯(lián)。
[0019] 在一種實施方式中規(guī)定：低壓子電網(wǎng)具有電壓緩沖設(shè)備，以便在耦合單元中的切 換過程中給低壓子電網(wǎng)供應(yīng)電流，使得在低壓子電網(wǎng)中不出現(xiàn)不容許地高的電壓擾動。如 果為此使用高功率蓄能器，則該高功率蓄能器可以在耦合單元的持續(xù)時間短的切換過程中 沒有問題地緩沖低壓子電網(wǎng)中的電壓。如果作為電壓緩沖設(shè)備使用電容器，則該電容器優(yōu) 選地如下被確定尺寸：
其中i_是在切換過程期間應(yīng)當(dāng)在低壓子電網(wǎng)中流動的最大車載電網(wǎng)電流，t_halt是 沒有電池組單元可用于供電的時長，并且AUniax是在切換過程期間車載電網(wǎng)電壓的最大容 許的改變。電容器因此適合于作為電荷存儲器，該電荷存儲器被設(shè)立用于至少短期地生成 低電壓并且輸出給低壓子電網(wǎng)。
[0020] 優(yōu)選地規(guī)定：低壓子電網(wǎng)具有外部起動控制點（FremdstartstUtzpunkt)。如果電 池組例如由于非常長的靜止時間而被放電到了如下程度，即車輛的起動不再能夠進(jìn)行，則 存在經(jīng)由低壓子電網(wǎng)對電池組進(jìn)行充電的可能性。為此使用外部起動控制點，以便將低壓 子電網(wǎng)與其它車輛耦合或者連接充電設(shè)備。經(jīng)由耦合單元，于是可以相繼地將電池組的電 池組單元與低壓子電網(wǎng)電連接并進(jìn)行充電。以這種方式，整個電池組可以順序地被充電并 且接著表示車輛起動。對于充電功能來說需要親合單元支持雙向能量流。這基于雙向開關(guān) 利用根據(jù)本發(fā)明的裝置來給定。
[0021] 該車載電網(wǎng)優(yōu)選地具有用于為了連接電池組單元而控制耦合單元的控制設(shè)備。該 控制設(shè)備例如可以是分配給電池組的電池組管理系統(tǒng)，該電池組管理系統(tǒng)例如包括另外的 功能單元，這些功能單元被設(shè)立用于檢測、處理關(guān)于電池組或電池組單元的溫度、所提供的 電壓、所輸出的電流和充電狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)并且借助于這些參量實現(xiàn)提高電池組系統(tǒng)的壽 命、可靠性和安全性的管理功能。
[0022] 用于控制耦合單元的控制單元可以具有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序可以存儲在機(jī) 器可讀存儲介質(zhì)上、譬如持久或可重寫存儲介質(zhì)上、或者在向計算機(jī)設(shè)備的分配中、例如便 攜式存儲器、比如⑶_R〇M、DVD、藍(lán)光光盤、USB棒或存儲卡上。附加地或者替代于此地，該計 算機(jī)程序可以在計算機(jī)設(shè)備上、譬如在服務(wù)器或云服務(wù)器上提供以便例如經(jīng)由諸如因特網(wǎng) 之類的數(shù)據(jù)