專利名稱：車輛的車載電網(wǎng)和車載電網(wǎng)的控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛的車載電網(wǎng)或能量系統(tǒng)以及車載電網(wǎng)的控制設(shè)備。本發(fā)明還涉及具有上述車載電網(wǎng)的車輛、尤其是混合動力電動車輛。
背景技術(shù)：
當今的機動車輛的車載電網(wǎng)或能量系統(tǒng)包括構(gòu)造為具有后接的整流器電路的三相電機的發(fā)電機作為能量轉(zhuǎn)換器；儲能單元，其例如包括一個或多個電池組或雙層電容器并且被發(fā)電機G加載電流；以及一組要經(jīng)由車載電網(wǎng)來供給的耗能器，所述耗能器總稱為系統(tǒng)負載。
系統(tǒng)負載由作為第一或初級能量供給單元的發(fā)電機和作為第二或次級能量供給單元的儲能單元供給電流。車載電網(wǎng)可以采取靜態(tài)的以及動態(tài)的狀態(tài)。在這樣的靜態(tài)狀態(tài)下，系統(tǒng)負載或耗能器基本上僅僅由發(fā)電機來供給電流。在此，發(fā)電機提供具有直流電壓分量和疊加的交流電壓分量的電流。如果將具有高能耗的耗能器或其能耗劇烈波動的耗能器、例如電動機接入到車載電網(wǎng)中，則車載電網(wǎng)中的能量需求或電流需求在短時間內(nèi)跳躍式地升高。這導致車載電網(wǎng)電壓成波狀，并且導致發(fā)電機不再能夠使僅僅車載電網(wǎng)中的車載電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定，并且車載電網(wǎng)電壓面臨下降。在這種情況下，將儲能單元接入到車載電網(wǎng)中。儲能單元于是在負載動態(tài)變化的情況下支持車載電網(wǎng)并且將車載電網(wǎng)中的車載電網(wǎng)電壓維持在所需要的電壓電平上。為此，車載電網(wǎng)具有控制設(shè)備，該控制設(shè)備通過發(fā)電機和儲能單元控制系統(tǒng)負載的電供給?？刂圃O(shè)備具有可控開關(guān)，該可控開關(guān)在識別出車載電網(wǎng)中的電流需求的跳躍式升高時被控制設(shè)備操控得閉合，并且因此使儲能單元與車載電網(wǎng)中的系統(tǒng)負載電連接。如果儲能單元與系統(tǒng)負載電連接，并且系統(tǒng)負載由作為第一能量供給單元的發(fā)電機和作為第二能量供給單元的儲能單元供給電流，則車載電網(wǎng)處于被稱為標稱狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)下。在標稱狀態(tài)下必須保證的是，開關(guān)保持閉合。為了檢查和保證車載電網(wǎng)在標稱狀態(tài)下由發(fā)電機和儲能單元供給足夠的電流并且由此保持完好，則必須檢查開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。在已知的車載電網(wǎng)中，開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)要么通過測量經(jīng)由開關(guān)的與電流成比例的電壓、要么通過測量開關(guān)處的電流來確定。因為電壓與電流成比例，可以在第一種情況下從OV的電壓測量值中推導出電流值是0A。如果在開關(guān)處所測量或所確定的電流具有OA的值，則可以得出如下結(jié)論，即開關(guān)是斷開的并且儲能單元沒有與車載電網(wǎng)連接。但是，用于確定開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的上述方法不是可靠的。在兩種情況下都可能得出關(guān)于開關(guān)的實際開關(guān)狀態(tài)的錯誤結(jié)論，因為OA的電流值在開關(guān)斷開的情況下也是可能的。如果開關(guān)是斷開的或者沒有正確地閉合，則沒有電流從儲能單元流經(jīng)開關(guān)并且也沒有電壓位于開關(guān)處。也就是，開關(guān)處的電流以及電壓都具有OA或OV的值。這被控制設(shè)備錯誤地假設(shè)為“沒有錯誤地閉合的開關(guān)”。在許多標稱狀態(tài)下一其中來自發(fā)電機的電流僅僅在特定時間段內(nèi)足以供給車載電網(wǎng)中的系統(tǒng)負載，來自儲能單元的電流并且由此還有開關(guān)處的電流可能取OA的值。這同樣導致關(guān)于開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的錯誤結(jié)論。因此，利用上述診斷方法，不能對狀態(tài)“無錯誤地閉合的開關(guān)”與狀態(tài)“非故意地斷開的或者不正確地閉合的開關(guān)”進行區(qū)分
發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣修改開始時提到的車載電網(wǎng)和開始時提到的控制設(shè)備，使得可以進行對開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的可靠診斷。該任務(wù)通過獨立權(quán)利要求解決。有利構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供車輛的車載電網(wǎng)。該車載電網(wǎng)具有第一和第二節(jié)點、第一和第二節(jié)點之間的第一、第二和第三電流路徑。第二節(jié)點施加到電氣地的地電勢上。地電勢或電氣地在此等于車輛的車身，所述地電勢或電氣地用“接線柱31 ”表示。在第一電流路徑中，車載電網(wǎng)具有帶有至少一個耗電器的系統(tǒng)負載，所述至少一個耗電器經(jīng)由車載電網(wǎng)被供給電能。在第二電流路徑中，車載電網(wǎng)具有第一、初級能量供給單元，該能量供給單元為車載電網(wǎng)、由此為系統(tǒng)負載提供具有至少一個交流電壓分量的電流。在第三電流路徑中，車載電網(wǎng)具有用于提供電流的第二、次級能量供給單元以及可控開關(guān)。該開關(guān)具有朝向第一節(jié)點的第一接線端子和朝向第二節(jié)點的第二接線端子?！俺颉痹诖艘馕吨?，其中一個接線端子指向其中一個節(jié)點，也就是與其中另一個接線端子相比在電路技術(shù)上與其中一個節(jié)點更近。在閉合的開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)將第一接線端子與第二接線端子電短接并且因此產(chǎn)生了從第二能量供給單元到系統(tǒng)負載的閉合的電流供給回路。在斷開的開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)再次斷開該電流供給回路。車載電網(wǎng)還包括比較裝置，該比較裝置用于采集在開關(guān)的第一接線端子與第一節(jié)點之間的測量點處、尤其是在開關(guān)的第一接線端子處具有第一能量供給單元的交流電壓分量的電壓電勢以及用于對具有交流電壓分量的所測量的電壓電勢與預(yù)先給定的第一比較電壓電勢進行比較。車載電網(wǎng)此外具有識別裝置，該識別裝置用于根據(jù)電壓電勢與第一比較電壓電勢的比較結(jié)果來識別開關(guān)的斷開的開關(guān)狀態(tài)。重要的是，在此不是采集位于開關(guān)處的電壓、也就是開關(guān)的兩個接線端子之間的電壓，而是采集開關(guān)的僅僅在沒有與車載電網(wǎng)的電氣地連接的接線端子處或沒有朝向電氣地的接線端子處的電壓電勢。通過截取開關(guān)的該接線端子處的電壓電勢，可以首先在第一接線端子處采集車載電網(wǎng)中的交流電壓分量。根據(jù)該交流電壓分量于是可以無錯誤地診斷開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)或功能性。在開關(guān)無錯誤地閉合的情況下，第一能量供給單元的電壓的靜態(tài)和動態(tài)分量、也就是直流分量和交流分量加起來與第二能量供給單元的電壓大小相等。在此，開關(guān)的第一接線端子處的電壓電勢取確定的、除了可忽略的偏差之外基本上保持相等的值。該值可以事先被測量并且為了稍后與稍后的測量值的比較而被保存為比較電壓電勢。可替換地，該比較電壓電勢也可以在每個比較過程中在車載電網(wǎng)的合適點處、例如在電氣地接線端子處米集。在開關(guān)被非故意地斷開或錯誤地高阻抗的情況下，交流電壓電勢施加在開關(guān)的第一接線端子處，使得在該接線端子處所測量的電壓電勢與在無錯誤的開關(guān)時在該第一接線端子處所測量的比較電壓電勢偏差了上述交流電壓分量。偏差有該交流電壓分量的該電勢偏差由比較裝置通過對當前在開關(guān)的第一接線端子處所測量的電壓電勢與事先測量的或預(yù)先給定的比較電壓電勢相比較來采集。如果采集到這樣的偏差，則比較裝置于是識別出開關(guān)的斷開的開關(guān)狀態(tài)。通過與開關(guān)的額定開關(guān)狀態(tài)進行比較，識別裝置于是識別出開關(guān)的有錯誤地斷開的開關(guān)狀態(tài)或在開關(guān)處的有錯誤的聞阻抗。
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在一個有利構(gòu)型中，車載電網(wǎng)具有控制裝置，該控制裝置用于閉合/斷開開關(guān)并且用于將額定開關(guān)狀態(tài)信號輸出給識別裝置，其中額定開關(guān)狀態(tài)信號再現(xiàn)了開關(guān)的當前額·定開關(guān)狀態(tài)。識別裝置于是根據(jù)電壓電勢與第一比較電壓電勢的比較結(jié)果以及根據(jù)控制裝置的額定開關(guān)狀態(tài)信號識別出開關(guān)的有錯誤地斷開的開關(guān)狀態(tài)或開關(guān)的有錯誤地高阻抗的狀態(tài)。由此可以無問題地區(qū)分開關(guān)故意地和無錯誤地斷開的狀態(tài)與開關(guān)非故意地和有錯誤地斷開或高阻抗的開關(guān)狀態(tài)。因此，可以無錯誤地執(zhí)行對車載電網(wǎng)中的電子或機電開關(guān)的無功率的傳導性診斷。在另一有利構(gòu)型中，比較裝置具有第一比較器單元以及第一包絡(luò)線探測單元(英語Peak Envelope Detector (峰值包絡(luò)線探測器))。所述比較器單元具有正向信號輸入端和反向信號輸入端。所述比較器單元用于對施加在正信號輸入端處的、在開關(guān)的第一接線端子處采集的和由連接在中間的第一包絡(luò)線探測單元轉(zhuǎn)換的電壓電勢與施加在負信號輸入端處的第一比較電壓電勢進行比較并且將第一輸出信號形式的比較結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給識別裝置。第一包絡(luò)線探測單元連接在開關(guān)的第一接線端子與第一比較器單元的正信號輸入端之間，并且用于從在開關(guān)的第一接線端子處所采集的絕對成波狀的交流電壓分量中獲得直流電壓，該直流電壓由交流電壓分量的正最大值組成。優(yōu)選地，包絡(luò)線探測單元包括由只讓交流電壓分量的正電壓電勢通過的二極管組成的整流器以及由電阻和電容器構(gòu)成的后接的低通濾波器以用于從交流電壓分量的最大值中形成直流電壓。在一個有利構(gòu)型中，第一比較器單元的負信號輸入端與電氣地、也就是與地電勢電連接。在這種情況下，第一比較電壓電勢是電氣地處的地電勢。利用第一包絡(luò)線探測單元，可以從波狀的交流電壓分量(其取決于系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)拓撲地也可以采用負的電壓值)產(chǎn)生直流電壓，該直流電壓于是可以稍后由比較器單元與比較電壓電勢進行簡單比較。在另一有利構(gòu)型中，比較裝置具有第二比較器單元、第二包絡(luò)線探測單元以及反相器。反相器和第二包絡(luò)線探測單元連接在第二比較器單元的正信號輸入端與開關(guān)的第一接線端子之間。具有正向信號輸入端和反向信號輸入端的第二比較器單元用于對施加在正信號輸入端處的、在開關(guān)的第一接線端子處所采集被連接在中間的反相器所反轉(zhuǎn)并且被連接在中間的第二包絡(luò)線探測單元所轉(zhuǎn)換的電壓電勢與施加在負信號輸入端的第二比較電壓電勢進行比較并且將第二輸出信號形式的比較結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給識別裝置。
如第一包絡(luò)線探測單元那樣，第二包絡(luò)線探測單元優(yōu)選包括由只讓正電壓電勢通過的二極管組成的整流器和由電阻和電容器構(gòu)成的后接的低通濾波器。第二包絡(luò)線探測單元連接在開關(guān)的第一接線端子與第二比較器單元的正信號輸入端之間并且與第一包絡(luò)線探測單元類似地用于從在開關(guān)的第一接線端子處所采集的絕對成波狀的交流電壓分量中獲得直流電壓。與在第一包絡(luò)線探測單元的情況下不同，在開關(guān)的第一接線端子處所采集的交流電壓分量首先由連接在第二包絡(luò)線探測單元的輸入端與開關(guān)的第一接線端子之間的反相器反轉(zhuǎn)，使得在第二包絡(luò)線探測單元的輸出端處的直流電壓由交流電壓分量的負最大值組成。換句話說在開關(guān)的第一接線端子處所采集的交流電壓分量首先被反相器反轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)發(fā)給后接的第二包絡(luò)線探測單元。因為第二包絡(luò)線探測單元如第一包絡(luò)線探測單元那樣只讓輸入電壓中的正最大值通過并且接著從這些正最大值中產(chǎn)生經(jīng)低通濾波的直流電壓，所以在此第二包絡(luò)線探測單元只將交流電壓分量的由反相器反轉(zhuǎn)的負最大值形成為直流電壓。于是，識別裝置根據(jù)比較裝置的第二輸出信號識別出流經(jīng)閉合開關(guān)的電流的流動方向。優(yōu)選地，第二比較器單元的負信號輸入端與電氣地電連接。在這種情況下，第二比較電壓電勢是電氣地處的地電勢。 可替換地，第二比較電壓電勢是第一包絡(luò)線探測單元的輸出信號并且第二比較器單元在這種情況下對第一和第二包絡(luò)線探測單元的輸出信號相互進行比較。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供用于控制車載電網(wǎng)中的具有交流電壓分量的電流的控制設(shè)備。本發(fā)明的控制設(shè)備具有不在電氣地處與地電勢連接的第一正連接接線端子、與電氣地連接的第二負連接接線端子、可控開關(guān)，該可控開關(guān)具有通向控制設(shè)備的第一連接接線端子的第一接線端子和通向控制設(shè)備的第二連接接線端子的第二接線端子，其中閉合開關(guān)狀態(tài)下的開關(guān)將控制設(shè)備的第一連接接線端子與控制設(shè)備的第二連接接線端子電連接。所述控制設(shè)備還包括比較裝置以及識別裝置，所述比較裝置用于采集經(jīng)由第一連接接線端子的車載電網(wǎng)處的交流電壓分量和用于將所采集的交流電壓分量與預(yù)先給定的比較電壓電勢進行比較，所述識別裝置用于根據(jù)交流電壓分量與預(yù)先給定的比較電壓電勢的比較結(jié)果來識別開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。在一個有利構(gòu)型中，控制設(shè)備此外具有控制裝置，該控制裝置用于受控地閉合/斷開開關(guān)并且用于將額定開關(guān)狀態(tài)信號輸出給識別裝置，其中所述額定開關(guān)狀態(tài)信號再現(xiàn)了開關(guān)的當前額定開關(guān)狀態(tài)。識別裝置于是通過對比較裝置的比較結(jié)果與控制裝置的額定開關(guān)狀態(tài)信號進行比較識別出開關(guān)的錯誤地斷開的開關(guān)狀態(tài)或者錯誤的開關(guān)。有利地，比較裝置具有第一比較器單元以及第一包絡(luò)線探測單元，所述第一比較器單元具有正向信號輸入端和反向信號輸入端，所述第一包絡(luò)線探測單元位于控制設(shè)備的第一連接接線端子與第一比較器單元的正信號輸入端之間。第一比較器單元的負信號輸入端優(yōu)選地與第二連接接線端子電連接。在這種情況下，第一比較電壓電勢是施加在第二連接接線端子處的電壓電勢。在另一有利構(gòu)型中，控制設(shè)備具有第二比較器單元，該第二比較器單元具有正向信號輸入端和反向信號輸入端，用于對施加在控制設(shè)備的第一連接接線端子處的電壓電勢與預(yù)先給定的第二比較電壓電勢進行比較并且用于將該比較結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給識別裝置。 識別裝置于是根據(jù)比較裝置的第二比較結(jié)果識別出流經(jīng)開關(guān)的電流的流動方向。有利地，控制設(shè)備為此具有控制設(shè)備的第一連接接線端子與第二比較器單元的正信號輸入端之間的第二包絡(luò)線探測單元以及控制設(shè)備的第一連接接線端子與第二包絡(luò)線探測單元之間的反相器。在此，第二比較器單元的負信號輸入端與第二連接接線端子電連接，并且第二比較電壓電勢是施加在第二連接接線端子處的電壓電勢?？商鎿Q地，第二比較器單元的兩個信號輸入端之一與第一包絡(luò)線探測單元的輸出端電連接。在該情況下，第二比較器單元對兩個包絡(luò)線探測單元的輸出信號相互比較。利用上述控制設(shè)備，可以測量具有至少一個車載電網(wǎng)的車輛的閉合電氣總系統(tǒng)或 車載電網(wǎng)內(nèi)的電氣開關(guān)的接通電阻或通過電阻，其中在所述至少一個車載電網(wǎng)中有具有交流電壓分量的電流流動，并且可以根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)來診斷開關(guān)的錯誤的開關(guān)狀態(tài)或在開關(guān)處的功能故障。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種車輛、尤其是機動車輛，其具有車載電網(wǎng)、尤其是具有如上所述的控制設(shè)備的車載電網(wǎng)。上述車載電網(wǎng)的有利構(gòu)型一就此而言此外可轉(zhuǎn)用到控制設(shè)備或車輛，也可視為是控制設(shè)備或車輛的有利構(gòu)型。


現(xiàn)在，在下面將參照所附附圖進一步闡述本發(fā)明的示例性實施例。車輛的車載電網(wǎng)用作為實施例。在圖中僅僅示出車載電網(wǎng)的為了描述本發(fā)明不可缺少的部件。根據(jù)構(gòu)型，車載電網(wǎng)可以具有另外的部件，但是這些另外的部件在此為了本發(fā)明的清楚描述而沒有進
一步示出。圖I示出車載電網(wǎng)的簡化示意 圖2示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車載電網(wǎng)的示意 圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的車載電網(wǎng)的示意 圖4a示出根據(jù)第一實施例的第一包絡(luò)線探測單元的詳細視 圖4b示出根據(jù)第二實施例的第二包絡(luò)線探測單元的詳細視 圖5a示出根據(jù)第一實施例的車載電網(wǎng)的部件的信號的示意 圖5b示出根據(jù)第二實施例的車載電網(wǎng)的部件的信號的示意圖。
具體實施例方式車輛FZ的車載電網(wǎng)BZ根據(jù)圖I包括發(fā)電機G、電池組BAT、一組總稱為系統(tǒng)負載L的耗電器、以及控制設(shè)備ST。發(fā)電機G構(gòu)造為具有后接的整流器電路的三相電機并且用作為車載電網(wǎng)BZ中的初級能量供給單元以及為系統(tǒng)負載L供給電流。此外，發(fā)電機G還具有用電流或電能加載電池組BAT的任務(wù)。發(fā)電機G將具有直流電壓分量V_G (DC)和交流電壓分量V_G (AC)的電流饋送到車載電網(wǎng)BN中。電池組BAT用作為車載電網(wǎng)BN中的次級能量供給單元并且可以向系統(tǒng)負載L供給電流?？刂圃O(shè)備ST控制從發(fā)電機G到系統(tǒng)負載L和到電池組BAT的電流或從電池組BAT到系統(tǒng)負載L的電流?？刂圃O(shè)備ST經(jīng)由第一接線端子Al與電池組BAT的負極電連接?？刂圃O(shè)備ST經(jīng)由第二接線端子A2與發(fā)電機G的負極、系統(tǒng)負載L以及電接地端MS—也就是與車輛FZ的車身(接線柱31)——電連接。控制設(shè)備ST經(jīng)由第三接線端子A3與發(fā)電機G的正極、系統(tǒng)負載L以及電池組BAT的正極電連接?？刂圃O(shè)備ST經(jīng)由該第三接線端子A3獲得運行電流?，F(xiàn)在參照圖2、4a，在這些圖中示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的車載電網(wǎng)?？刂圃O(shè)備ST根據(jù)圖2包括第一接線端子Al與第二接線端子A2之間的開關(guān)SW、用于受控地閉合/斷開開關(guān)SW的控制裝置SE、比較裝置VE以及識別裝置EE。控制裝置SE具有輸出端311。利用輸出端311處的控制信號SS，控制裝置SE控制開關(guān)SW并且控制裝置SE將該控制信號作為額定開關(guān)狀態(tài)信號輸出給識別裝置EE，所述額定開關(guān)狀態(tài)信號再現(xiàn)開關(guān)SW的當前的額定開關(guān)狀態(tài)并且針對“開關(guān)SW的閉合的額定開關(guān)狀態(tài)”采用邏輯O的信號電平或者針對“開關(guān)的閉合的額定開關(guān)狀態(tài)”采用邏輯I的信號電平。比較裝置VE具有兩個信號輸入端111、112和一個信號輸出端121。比較裝置VE經(jīng)由第一信號輸入端111直接與控制設(shè)備ST的第一接線端子Al電連接。比較裝置VE經(jīng)由該輸入端111采集控制設(shè)備ST的第一接線端子Al處的或開關(guān)SW的第一接線端子SAl處的電壓電勢V_A1。比較裝置VE經(jīng)由第二信號輸入端112獲得第一比較電壓電勢VPl，該第一比較電壓電勢在該實施例中表示控制設(shè)備ST的第二接線端子A2處的或車載電網(wǎng)BN的電接地端MS處(也就是車輛FZ的車身處)的地電勢。比較裝置VE經(jīng)由信號輸出端121根據(jù)電壓電勢V_A1與比較電壓電勢VPl之間的比較結(jié)果向識別裝置EE輸出具有邏輯O或邏輯I的信號電平的輸出信號AS1。識別裝置EE經(jīng)由其兩個信號輸入端211、212獲得該輸出信號ASl和來自控制裝置SE的額定開關(guān)狀態(tài)信號SS?；谶@兩個信號ASl、SS，識別裝置EE于是識別出開關(guān)SW是否按照規(guī)則地或者未受控制或錯誤地斷開(或是高阻抗的)。比較裝置VE包括第一包絡(luò)線探測單元HEl和第一比較器單元KEl，其中第一包絡(luò)線探測單元HEl連接在控制設(shè)備ST的第一接線端子Al與第一比較器單元KEl的正輸入端Pl之間，并且在第一接線端子Al處所采集的電壓電勢V_A1被轉(zhuǎn)換成由所探測的最大值組成的直流電壓電勢V_A1’地轉(zhuǎn)發(fā)給第一比較器單元KEl的正輸入端Ρ1。比較器單元KEl對位于正輸入端Pl處的、從電壓電勢V_A1所轉(zhuǎn)換成的直流電壓電勢V_A1’與位于負輸入端N1處的第一比較電壓電勢VPl進行比較。如果直流電壓電勢V_A1 ’超過第一比較電壓電勢VPl，則比較器單元KEl將比較裝置VE的輸出信號ASl設(shè)置成邏輯I的信號電平并且將該具有邏輯I的信號電平的信號ASl輸出給識別裝置EE。如果直流電壓電勢V_A1’(除了可忽略的偏差之外)與第一比較電壓電勢VPl大小相同，則第一比價器單元KEl將輸出信號ASl設(shè)置成邏輯O的信號電平。
如果識別裝置EE獲得來自控制裝置SE的具有邏輯I的信號電平的額定開關(guān)狀態(tài)信號SS以及來自比較裝置VE的具有邏輯I的信號電平的輸出信號AS1，則該識別裝置EE識別出開關(guān)SW受控地被斷開并且沒有錯誤地處于該斷開的開關(guān)狀態(tài)。如果識別裝置EE獲得具有邏輯O的信號電平的兩個信號SS、AS1，則該識別裝置識別出開關(guān)SW受控地被閉合并且沒有錯誤地處于該閉合的開關(guān)狀態(tài)。然而，如果識別裝置EE獲得具有邏輯O的信號電平的額定開關(guān)狀態(tài)信號SS但是獲得具有邏輯I的信號電平的輸出信號AS1，則該識別裝置識別出開關(guān)SW未受控制地、也就是錯誤地被斷開或處于錯誤地斷開的開關(guān)狀態(tài)或者是錯誤地高阻抗的。控制裝置SE、識別裝置EE及比較裝置VE可以例如集成在微控制器中并且由發(fā)電機G或由電池組BAT經(jīng)由控制設(shè)備ST的第三接線端子A3供給電流。根據(jù)其中示意性示出了第一實施例的包絡(luò)線探測單元HEl的詳細視圖的圖4a，包絡(luò)線探測單元HEl具有由電容器C和電阻R組成的低通濾波器TP和作為整流器的二極管 D。二極管D的陰極與低通濾波器TP和第一比較器單元KEl的輸入端Pl連接。二極管D僅將位于比較設(shè)備VE的輸入端111處的電壓電勢V_A1的正分量繼續(xù)導通給低通濾波器并且截斷負分量。在輸入端111與二極管D的陽極之間布置有反饋運算放大器OP形式的電壓跟隨器(阻抗轉(zhuǎn)換器)，其中該電壓跟隨器的反饋路徑布置在二極管的陰極或低通濾波器TP與運算放大器OP的反向輸入端之間。在根據(jù)圖2、4a示出的控制設(shè)備ST的第一實施例中的工作原理在后面基于圖5a中的信號圖進一步描述。發(fā)電機G將具有直流電壓分量V_G (DC)和交流電壓分量V_G (AC)的電流饋送到車載電網(wǎng)BN中。在開關(guān)SW閉合時，電池組BAT附加地將僅具有直流電壓分量V_BAT的電流饋送到車載電網(wǎng)中(嚴格地說是隨著時間緩慢下降的電壓，但是不是其極性規(guī)則變換的交流電壓)。在無錯誤地閉合的開關(guān)SW的情況下，發(fā)電機電壓的直流電壓分量和交流電壓分量V_G (DC)、V_G (AC)以及電池組電壓V_BAT滿足下面的關(guān)系
V_A1=V_G(DC)+V_G(AC)_V_BAT=0V。因此，在開關(guān)SW的第一接線端子SAl處或在控制設(shè)備ST的連接接線端子Al處，測量到OV的或具有可忽略偏差而幾乎為OV的電壓電勢V_A1 (圖5a中的信號S110)。比較裝置VE的第一比較器單元KEl將該電壓電勢V_A1與比較電壓電勢VPl (信號S210)進行比較，該比較電壓電勢VPl在此是地電勢并且由此同樣為0V。因為這兩個電#V_A1、VP1 (具有可忽略的偏差)大小相同，所以比較裝置VE輸出具有邏輯O的信號電平的輸出信號ASl (信號S310)。如果來自控制裝置SE的額定開關(guān)狀態(tài)信號SS具有邏輯O的電平值(信號S410)并且由此表明了閉合的開關(guān)SW，則開關(guān)SW視作為無錯誤地閉合。如果開關(guān)SW受到控制裝置SE控制地斷開或保持在斷開的開關(guān)狀態(tài)，或者開關(guān)未受控制地斷開或有錯誤地為高阻抗的，則在第一連接接線端子Al處測量到這樣的電壓電勢V_A1，該電壓電勢V_A1是發(fā)電機電壓的交流分量V_G (AC)和系統(tǒng)引起的偏移偏差乂_OFFSET的和并且由此不等于OV (信號S120)V_A1=V_G (DC) +V_G (AC) -V_BAT=V_G (AC) ±V_OFFSET 關(guān) OV。該由于變流電壓分量V_G(AC)而為動態(tài)的電壓V_A1被包絡(luò)線探測單元HEl轉(zhuǎn)換成靜態(tài)電壓V_A1’(信號S121)，其中只選擇正電壓分量的最大值并且隨后經(jīng)低通濾波形成該靜態(tài)電壓V_A1’。該電壓V_A1’由比較器單元KEl與比較電壓電勢VPl (信號S210)進行比較。因為電壓V_A’大于OV并且由此大于比較電壓電勢VP1，所以比較裝置VE輸出具有邏輯I的信號電平的輸出信號ASl (信號S320)。如果額定開關(guān)狀態(tài)信號SS具有邏輯I的電平值(信號S420)并且由此表明受控地斷開的開關(guān)SW，則開關(guān)SW視作為無錯誤地斷開。然而，如果額定開關(guān)狀態(tài)信號SS具有邏輯O的電平值(信號S410)并且由此表明開關(guān)SW的閉合的額定開關(guān)狀態(tài)，則該開關(guān)SW視作為未受控制地斷開或有錯誤地高阻抗的。在描述了根據(jù)第一實施例的車載電網(wǎng)之后，現(xiàn)在進一步描述根據(jù)圖3、4b中示出 的第二實施例的車載電網(wǎng)。該車載電網(wǎng)BN的控制設(shè)備ST與在第一實施例中不出的控制設(shè)備ST相比除了第一包絡(luò)線探測單元HEl和第一比較器單元KEl之外在比較裝置VE中具有第二包絡(luò)線探測單元HE2和第二比較器單元KE2。比較裝置VE具有用于第二輸出信號AS2的另一信號輸出端122。相應(yīng)地，識別裝置EE具有用于比較裝置VE的第二輸出信號AS2的第三信號輸入端213。利用第二包絡(luò)線探測單元HE2和第二比較器單元KE2，控制設(shè)備ST識別出流經(jīng)從第一連接接線端子Al到第二連接接線端子A2的電流路徑的或流經(jīng)開關(guān)SW的電流的流動方向，所述電流等于電池組BAT的電池組電流I_BAT。因此，控制設(shè)備ST識別出電池組BAT處的充電或放電過程。第二比較器單元KE2的正向輸入端P2與第一包絡(luò)線探測單元HEl的輸出端連接。比較器單元KE2的反向輸入端N2與第二包絡(luò)線探測單元HE2的輸出端連接。第二比較器單元KE2由此比較兩個包絡(luò)線探測單元HE1、HE2的輸出信號。與第一包絡(luò)線探測單元HEl不同，根據(jù)圖4b的第二包絡(luò)線探測單元HE2替代于阻抗轉(zhuǎn)換器具有反饋運算放大器OP形式的反轉(zhuǎn)的放大器，該反饋運算放大器OP分別在反饋路徑處以及在輸入端111與運算放大器OP的反向輸入端之間具有電阻R’。該反轉(zhuǎn)的放大器同時用作為反相器和電壓跟隨器。在根據(jù)圖3、4b的第二實施例中所示的控制設(shè)備ST的工作原理在下面基于圖5b進一步描述。上述系統(tǒng)引起的偏移偏差V_0FFSET通過下面的等式得出
V_0FFSET=V_G(DC)_V_BAT。如果電池組BAT處于充電過程中，則發(fā)電機G的直流電壓分量V_G(DC)視作為高于電池組電壓V_BAT，因為該電池組由發(fā)電機G加載。因此V_0FFSET大于0V。在電池組BAT的放電過程中，在電池組BAT向車載電網(wǎng)BN中饋入電流期間，發(fā)電機G的直流電壓分量V_G (DC)視作為不高于電池組電壓V_BAT。因此V_0FFSET等于或小于OV0為了識別電池組BAT的負極與電接地端MS (也就是車輛FZ的車身)之間的電流路徑中的電流方向，前提條件是，在該電流路徑中中間連接有至少一個起歐姆電阻作用的電氣或電子組件，也就是在開關(guān)SW閉合時有可測量的電壓落到該組件上。
此外假設(shè)，開關(guān)SW受控地并且無錯誤地閉合，并且可測量的電流I_BAT流經(jīng)該開關(guān)SW。在第一接線端子Al處測量到的電壓電勢V_A1由具有集成的反相器的第二包絡(luò)線探測單元HE2首選反轉(zhuǎn)成V_A1’ ’(信號S122)并且轉(zhuǎn)換成反轉(zhuǎn)的直流電壓信號V_A1’ ’ ’(信號S123)。該直流電壓信號￥_么1’’’(信號S123)現(xiàn)在由第二比較器單元KE2與第一包絡(luò)線探測單元HEl的輸出信號V_A1’(信號S121)相比較。如果第一包絡(luò)線探測單元HEl的輸出信號V_A1’(信號S121)的信號電平大于第二包絡(luò)線探測單元ΗΕ2的輸出信號V_A1’’’(信號S123)的電平，則第二比較器單元ΚΕ2得出具有邏輯O的信號AS2(信號S510)。如果識別裝置EE從比較裝置VE獲得具有邏輯O的信號電平的第二輸出信號AS2 (信號S510)，則該識別裝置EE識別出，電池組BAT處于充電階段中、也就是由發(fā)電機G加載。
如果兩個包絡(luò)線探測單元HE1、HE2的輸出信號V_A1’、V_A1’’’(在考慮到可忽略的偏差的情況下)大小相等，則第二比較器單元ΚΕ2得出具有邏輯I的信號電平的信號AS2。如果識別裝置EE從比較裝置VE獲得具有邏輯I的信號電平的第二輸出信號AS2，則該識別裝置EE識別出，電池組BAT處于放電階段中、也就是為車載電網(wǎng)BN供給電流。附圖標記列表 FZ 車輛
BN 車載電網(wǎng)或車輛FZ的車載電網(wǎng)
L 車載電網(wǎng)BN中的耗能器
G 第一能量供給單元例如發(fā)電機
BAT 第二能量供給單元例如電池組
ST 控制設(shè)備
Sff 可控開關(guān)
MS 電接地端
SAl 開關(guān)SW的第一接線端子
SA2 開關(guān)SW的第二接線端子
VE 比較裝置
ASl 比較裝置VE的第一輸出信號
AS2 比較裝置VE的第二輸出信號
SE 控制裝置
SS 額定開關(guān)狀態(tài)信號
EE 識別裝置
KEl 第一比較器單元
Pl 第一比較器單元KEl的正向信號輸入端
NI 第一比較器單元KEl的負的反向信號輸入端
HEl 包絡(luò)線探測單元
ΚΕ2 第二比較器單元
Ρ2 第二比較器單兀ΚΕ2的正向信號輸入端
Ν2 第二比較器單兀ΚΕ2的反向信號輸入端HE2 第二包絡(luò)線探測單元
Al控制設(shè)備ST的第一連接接線端子
A2控制設(shè)備ST的第二連接接線端子 A3控制設(shè)備ST的第三連接接線端子V_A1 第一連接接線端子Al處的電壓電勢VPl 第一比較電壓電勢VP2 第二比較電壓電勢
權(quán)利要求
1.車輛(FZ)的車載電網(wǎng)(BN)，具有以下特征 -第一節(jié)點(Kl), -施加到地電勢的第二節(jié)點(K2)， -第一節(jié)點(Kl)與第二節(jié)點(K2)之間的第一電流路徑(P1)、第二電流路徑(P2)和第三電流路徑(P3)， -第一電流路徑(Pl)中的至少一個耗能器(L)， -第二電流路徑(P2)中的第一能量供給單元(G)，用于為至少一個耗能器(L)提供具有至少一個交流電壓分量(V_G (AC))的電流， -第三電流路徑(P3)中的第二能量供給單元(BAT)以及可控開關(guān)(SW)，所述第二能量供給單元(BAT)用于為至少一個耗能器(L)提供電流，所述可控開關(guān)(SW)具有朝向第一 節(jié)點(Kl)的第一接線端子(SAl)和朝向第二節(jié)點(K2)的第二接線端子(SA2)，其中在開關(guān)(SW)的閉合開關(guān)狀態(tài)中，第一接線端子(SAl)與第二接線端子(SA2)電短接，并且因此產(chǎn)生從第二能量供給單元(BAT)到至少一個耗能器(L)的閉合電流回路， -比較裝置(VE)，用于采集在開關(guān)(SW)的第一接線端子(SAl)與第一節(jié)點(Kl)之間的測量點處、尤其是在開關(guān)(SW)的第一接線端子(SAl)處具有交流電壓分量(V_G(AC))的電壓電勢(V_A1)，并且用于比較電壓電勢(V_A1)與預(yù)先給定的第一比較電壓電勢(VPl)， -識別裝置(EE)，用于根據(jù)電壓電勢(V_A1)與第一比較電壓電勢(VPl)的比較結(jié)果來識別開關(guān)(SW)的斷開的開關(guān)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的車載電網(wǎng)(BN)，其特征在于，識別裝置(EE)用于根據(jù)電壓電勢(V_A1)與第一比較電壓電勢(VPl)的比較結(jié)果以及根據(jù)開關(guān)(SW)的額定開關(guān)狀態(tài)來識別開關(guān)(SW)的錯誤斷開的開關(guān)狀態(tài)或錯誤地高阻抗的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的車載電網(wǎng)(BN)，其特征在于，比較裝置(VE)具有 -用于比較電壓電勢(V_A1)與第一比較電壓電勢(VPl)的第一比較器單元(KE1)，和-在測量點、尤其是開關(guān)(SW)的第一接線端子(SAl)與第一比較器單元(KEl)之間的第一包絡(luò)線探測單元(HE1)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的車載電網(wǎng)(BN)，其中第一比較電壓電勢(VPl)是電接地端(MS)處的地電勢。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的車載電網(wǎng)(BN)，其特征在于， -比較裝置(VE)具有用于比較電壓電勢(V_A1)與第二比較電壓電勢(VP2)的第二比較器單元(KE2)，和 -識別裝置(EE )用于根據(jù)電壓電勢(V_A1)與第二比較電壓電勢(VP2 )的比較結(jié)果來識別第二能量供給單元(BAT)的充電/放電過程， -其中次級的能量供給單元(BAT)是可重復充電的電能存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的車載電網(wǎng)(BN)，其特征在于，比較裝置(VE)具有 -在測量點、尤其是開關(guān)(SW)的第一接線端子(SAl)與第二比較器單元(KE2)之間的第二包絡(luò)線探測單元(HE2)和反相器(IN)， -其中反相器(IN)將電壓電勢(V_A1)反轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)發(fā)給第二包絡(luò)線探測單元(HE2)。
7.用于控制車輛(FZ)的車載電網(wǎng)(BN)中的電流的控制設(shè)備(ST)，所述電流具有至少一個交流電壓分量(V_G(AC))，所述控制設(shè)備(ST)具有以下特征-第一連接接線端子(Al)和第二連接接線端子(A2)，用于產(chǎn)生從控制設(shè)備(ST)到車載電網(wǎng)(BN)的電連接， -第一連接接線端子(Al)與第二連接接線端子(A2)之間的可控開關(guān)(SW)，其中開關(guān)(Sff)在閉合的開關(guān)狀態(tài)下將第一連接接線端子(Al)與第二連接接線端子(A2)電連接， -比較裝置(VE)，用于采集車載電網(wǎng)(BN)處的交流電壓分量(V_G(AC))和用于將所采集的交流電壓分量(V_G(AC))與預(yù)先給定的比較電壓電勢(VPl)相比較， -識別裝置(EE)，用于根據(jù)交流電 壓分量(V_G(AC))與預(yù)先給定的比較電壓電勢(VPl)的比較結(jié)果來識別開關(guān)(SW)的開關(guān)狀態(tài)。
8.具有根據(jù)權(quán)利要求I至6之一的車載電網(wǎng)(BN)的車輛(FZ)。
全文摘要
車輛的車載電網(wǎng)具有開關(guān)(SW)、比較裝置以及識別裝置，并且能夠可靠地識別開關(guān)的未受控制地斷開或錯誤地高阻抗的狀態(tài)。所述開關(guān)在車載電網(wǎng)中的電流需求升高時將電池組(BAT)與系統(tǒng)負載(L)和發(fā)電機(G)相連接。比較裝置(VE)將車載電網(wǎng)中的交流電壓分量與預(yù)先給定的電勢相比較。
文檔編號H02J7/14GK102859374SQ201180016907
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者D.賴肖, T.施特克邁爾, T.加利 申請人:歐陸汽車有限責任公司