汽車電路網(wǎng)絡中的開關(guān)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車的開關(guān)系統(tǒng)以及一種用于操控這樣的開關(guān)系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車中的內(nèi)燃機在停用狀態(tài)下不提供任何扭矩。出于這一原因至今還不能夠通過注入燃料而自主地起動這樣的內(nèi)燃機。這引起了，為了起動而必須對車輛內(nèi)部的內(nèi)燃機施加扭矩。這個扭矩通常由起動機或電機來提供。為了起動或驅(qū)動內(nèi)燃機而需要這樣的電機。
[0003]由汽車的電池來向內(nèi)燃機的起動機供能。在起動的瞬間，即，在開動起動機時，其電感負荷是低歐的并且很高的電流從電池流經(jīng)起動機。起動機的電感在起動的瞬間幾乎引起了短路。由此引起的高電流導致電池極處的電池電壓的跌落。在車輛通常的起動過程中，電池電壓在較短時間后跌落到極限值以下。因此這導致了，汽車電路網(wǎng)絡中的需要最小電壓的其他用電器不再能得到足夠的電能供應。
[0004]當內(nèi)燃機借助于起動機來起動時，在起動過程中這種電壓跌落在所有具有內(nèi)燃機的運輸工具(Fahrzeug)中都會發(fā)生。運輸工具例如可以是汽車、軌道車輛或者飛機。此外就此主體的意義而言，船也是運輸工具。
[0005]為了避免在起動過程中的電壓跌落，特別是在現(xiàn)今為了節(jié)省燃料而常見的起停工作中的電壓跌落，存在多種電壓支持方案，例如使用后備電容器，使用額外的電池，還有使用起動電流限制系統(tǒng)。
[0006]起動電壓或起動電流的限制系統(tǒng)常見為起動電壓跌落限制器(SEB)、起動電流限制器(SCL)、起動電流控制器(SCC)、電壓跌落限制器(VDL)或者類似的形式。這樣的起動電流限制系統(tǒng)通過減少從電池流向起動機的電流來限制起動電壓跌落。就此還是承受了電壓直到既定的下限值的跌落。此外，造成了起動時間的延遲，因為起動機在起動過程中并沒有得到電池所提供的全部可用電能，而是得到了受限的電能。
[0007]在利用常規(guī)電池的驅(qū)動過程中，電池電壓在數(shù)毫秒后跌落到8伏特以下。這個初始的電壓跌落作用在全部與電池連接的用電器。僅短暫地發(fā)生的初始的電壓跌落能夠例如通過上游連接的緩沖電容器來補償。在常規(guī)的驅(qū)動過程中，電池的電壓在起動后短時間地直接回復到9伏特以上，不過隨后由此又重新跌落到9伏特以下。這個第二次的電壓跌落不能夠通過常規(guī)的緩沖電容器來補償，因為其電容僅足夠用于補償?shù)谝淮蔚碾妷旱?。緩沖電容器通常在第一次電壓跌落后放電，并且在起動過程中的第二次電壓跌落導致了在汽車電路網(wǎng)絡內(nèi)的問題。特別是電動機控制設備及氣囊控制設備以及其他控制設備可能短暫地失靈，因為并不是每個控制設備都設計用于低于9伏特的這樣低電壓水平。
[0008]起動電流限制系統(tǒng)通常設置在電池與起動機之間。常規(guī)的汽車電路網(wǎng)絡拓撲包含電池、起動機、發(fā)電機以及至少一個用電器網(wǎng)絡。根據(jù)不同的設計，起動機和發(fā)電機分別通過分開的電路供電。但是這導致了增高的線路重量，因為盡管通常起動機和發(fā)電機在空間上彼此接近地設置，特別是在電動機室中彼此接近地設置，還是需要引導兩個從電池到起動機或者到發(fā)電機的線路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于這一理由，本發(fā)明的任務在于，提供一種有效的開關(guān)系統(tǒng)，該開關(guān)系統(tǒng)能夠特別簡單地安插到汽車電路網(wǎng)絡拓撲中并且同時其自身引起了重量的節(jié)省。
[0010]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)系統(tǒng)而達到。
[0011]獲知的是，為了能夠?qū)崿F(xiàn)起動合閘電流限制，能夠有利地利用在汽車中的關(guān)聯(lián)于發(fā)電機-電池電路或起動機-電池電路的電路拓撲。通常，在電動機室內(nèi)既設置起動機又設置發(fā)電機。起動機和發(fā)電機在空間上彼此接近。電池或者設置在電動機室內(nèi)或者設置在行李箱內(nèi)或汽車底盤下方，并且就此在空間上(與起動機和發(fā)電機上下間距離相比)較遠地遠離起動機或發(fā)電機。由于起動機-電池電路和發(fā)電機-電池電路都必須從電池引導到起動機或發(fā)電機，產(chǎn)生了雙重的布線工作。根據(jù)本發(fā)明能夠利用這個雙重的布線工作來改變在起動機和電池之間的或者在發(fā)電機和電池之間的電路電阻。這由此而實現(xiàn)，即，使起動機-電池電路以及發(fā)電機-電池電路能夠在空間上在起動機的區(qū)域內(nèi)短路連接。通過短路連接這兩個電路增大短路連接點和電池之間的總線橫截面，特別是幾乎使該橫截面雙倍化。這對于不同的目的而言能夠是有意義的。
[0012]在車輛的正常工作中，電池通過發(fā)電機來充電。充電電流通常通過發(fā)電機-電池電路從發(fā)電機流到電池。如果第一開關(guān)部件短路連接，充電電流額外地通過起動機-電池電路流到電池并且電路受到較小強度的負荷。這導致了在這兩個電路上較小的熱量產(chǎn)生。由此同樣地減少功率損耗。
[0013]此外，可能的是在起動時，特別是在熱起動時，首先僅使用起動機_電池電路。這個電路具有第一電路電阻。由于這個電路電阻，在起動情況下由電池流向起動機的電流受到限制。在剛剛起動后，例如在啟動后幾毫秒，特別是幾百毫秒時，可以閉合第一開關(guān)部件。起動機電流能夠因此既通過起動機-電池電路又通過發(fā)電機-電池電路流動。由于這兩個電路的并聯(lián)電路，減少了總電路電阻。因為在電池和起動機之間存在較小的線路電阻，起動機電流增大。這個電流能夠這樣設置，即，使得能夠有足夠高的起動機電流流動。
[0014]如前文所說明的，起動機和發(fā)電機都優(yōu)選地設置在汽車的電動機室內(nèi)。第一開關(guān)部件因此根據(jù)一種有利的實施例而同樣地設置在車輛的電動機室內(nèi)。這意味著，第一開關(guān)部件在空間上接近于發(fā)電機和起動機地設置，特別是，在空間上接近于起動機是有利的。
[0015]當根據(jù)一種實施例而將第一開關(guān)部件設置在起動機-電池電路的橫截面縮小部時，因此能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的起動電流合閘限制。起動機-電池電路能夠由至少兩個電路橫截面而構(gòu)成。特別是能夠使第一開關(guān)部件的連接部件和電池之間的或者與開關(guān)網(wǎng)絡的輸出端之間的電路橫截面小于第一開關(guān)部件的連接部件與起動機之間的電路橫截面。在起動時，如前文所述，在對于第一開關(guān)部件的相應控制的情況下，起動機電流首先僅流經(jīng)起動機-電池電路。由于在起動機-電池電路的區(qū)域內(nèi)減少的導體橫截面，總電流因為線路電阻的升高而受到限制。額外地，第二開關(guān)部件在啟動期間閉合并且第三開關(guān)部件能夠額外地閉合。
[0016]因此能夠這樣設定這個限制，S卩，使電池電壓不跌落到例如9伏特的電平以下。電池電壓的下電平取決于控制設備和汽車電路網(wǎng)絡拓撲內(nèi)的用電器。根據(jù)控制設備或用電器所設置用于的不同電壓下限，能夠設定起動電流合閘限制的大小。這可以是9伏特的電壓下限值，不過也可以在并不涉及12伏特的電池的其他汽車電路網(wǎng)絡中，設定其他取值。
[0017]通過閉合第一開關(guān)部件，起動機-電池電路的橫截面縮小的區(qū)域通過發(fā)電機-電池電路而短路連接并且電池電流能夠通過這兩個電路而從電池流到起動機。
[0018]根據(jù)一種實施例的橫截面縮小可以是這樣的，S卩，使得相對于第一開關(guān)部件與電池之間的電路而言或者相對于第一開關(guān)部件與開關(guān)網(wǎng)絡的輸出端之間電路而言，第一開關(guān)部件和起動機之間電路具有較大橫截面。特別是，將第一開關(guān)部件電氣上直接設置在橫截面縮小區(qū)域內(nèi)。橫截面的縮小例如能夠設置在兩個再分導線(Teilleiter)的材料接合連接區(qū)域內(nèi)，其中起動機-電池電路由至少這兩個再分導線形成。特別是能夠在設置在起動機-電池電路上的支點上施加第一開關(guān)部件。也可以如前述地實施橫截面不縮小的起動機-電池電路。由此，免除了電壓跌落限制，但是第一開關(guān)部件保持了自身的功能。
[0019]根據(jù)一種實施例，橫截面至少縮小為導體橫截面的一半。還可能的是，將導體橫截面縮小至基本約四分之一至三分之一。特別是，可能從85mm2縮小到25mm2。然而其他取值也是有意義和可能的。
[0020]起動機電流在第一開關(guān)部件閉合后流經(jīng)起動機-電池電路和發(fā)電機-電池電路。該電流必須能夠由起動機-電池電路的一部分區(qū)段來負載，該部分區(qū)段處在第一開關(guān)部件和起動機之間。因此，將起動機-電池電路的這個部分區(qū)段內(nèi)的電路電阻選擇為盡可能地小，即，電路橫截面在必要情況下盡量大。此外，將這個部分區(qū)段的導電性能設為高于起動機-電池電路的第一部分區(qū)段的導電性能。為了將電路電阻保持為盡可能小而建議，使第一開關(guān)部件這樣連接到起動機-電池電路上，即，使第一開關(guān)部件與起動機之間的電路長度比第一開關(guān)部件與電池之間或與開關(guān)網(wǎng)絡的輸出端之間的電路長度更小。
[0021]在工作中，發(fā)電機電流從發(fā)電機流至電池。功率損失必須保持為盡量小。這意味著，選擇盡量大的電路橫截面。為了確保這一點，在工作中閉合第一開關(guān)部件，從而發(fā)電機電流能夠從開關(guān)部件的連接點處既通過起動機-電池電路又通過發(fā)電機-電池電路而流至電池。
[0022]為了將發(fā)電機-電池電路的第一再分導線上的功率損耗保持為盡可能地小而建議，將第一開關(guān)部件這樣連接到發(fā)電機-電池電路上，即，使第一開關(guān)部件與發(fā)電機之間的電路長度小于第一開關(guān)部件與電池之間的電路長度。
[0023]電池能夠形成為以自身的其中一極在由第一開關(guān)部件與開關(guān)網(wǎng)絡所組成的并聯(lián)電路上。開關(guān)網(wǎng)絡能夠在輸入端上與電池極連接，特別是與電池陽極連接。開關(guān)網(wǎng)絡在輸出側(cè)既能夠通過第一輸出端與發(fā)電機電池電路連接并且也通過第二輸出端與起動機-電池電路連接。能夠在開關(guān)網(wǎng)絡中分別設置一個開關(guān)部件，從而使電池或電池極能夠分別與發(fā)電機-電池電路連接或與起動機電池電路連接。
[0024]如已提到的，開關(guān)網(wǎng)絡能夠具有輸入端。在這個也能夠由兩個彼此短路連接的連接點而構(gòu)成的輸入端上，能夠連接電池極。在開關(guān)網(wǎng)絡中能夠設置在起動機-電