用于運行車載電網(wǎng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行用于機動車的車載電網(wǎng)(1)的方法，其中，車載電網(wǎng)(1)具有用于至少一個低電壓負載(29)的低電壓子電網(wǎng)(21)、用于至少一個高電壓負載(25)的高電壓子電網(wǎng)(20)以及起動器?發(fā)電機(30)，其中，高電壓子電網(wǎng)(20)經(jīng)由耦合單元(33)與低電壓子電網(wǎng)(21)相連接，耦合單元被設(shè)置為從高電壓子電網(wǎng)(20)取出能量并且輸送至低電壓子電網(wǎng)(21)，其中，高電壓子電網(wǎng)(20)具有蓄電池(40)，蓄電池被設(shè)置為生成高電壓并且輸出至高電壓子電網(wǎng)(20)，并且蓄電池具有至少兩個帶有單電壓抽頭(80)的蓄電池單元(41)，單電壓抽頭引導(dǎo)至耦合單元(33)，其中，耦合單元(33)被設(shè)置為，選擇性地將蓄電池單元(41)接通至低電壓子電網(wǎng)(21)，其特征在于，在以下步驟中實現(xiàn)從第一、已接通至低電壓子電網(wǎng)(21)的蓄電池單元(41)至第二、待接通至低電壓子電網(wǎng)(21)的蓄電池單元(41)的切換：a)分離在第一、已接通的和第二、待接通的蓄電池單元(41)之間的導(dǎo)線；b)將第二、待接通的蓄電池單元(41)接通至低電壓子電網(wǎng)(21)；c)從低電壓子電網(wǎng)(21)切斷第一、已接通的蓄電池單元(41)；d)連接在第一、已從低電壓子電網(wǎng)(21)切斷的蓄電池單元(41)和第二、已接通至低電壓子電網(wǎng)(21)的蓄電池單元(41)之間的導(dǎo)線。此外，本發(fā)明涉及一種蓄電池管理系統(tǒng)和一種計算機程序，其設(shè)置用于執(zhí)行該方法，以及涉及一種車載電網(wǎng)和一種機動車，在其上能夠?qū)嵤┰摲椒ā?br>【專利說明】
用于運行車載電網(wǎng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于運行機動車的車載電網(wǎng)的方法。
[0002] 此外，本發(fā)明涉及一種蓄電池管理系統(tǒng)和一種計算機程序，其設(shè)置用于執(zhí)行該方 法，以及涉及一種車載電網(wǎng)和一種機動車，在其上能夠?qū)嵤┰摲椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0003] 在具有內(nèi)燃機的機動車中，為了為用于內(nèi)燃機的電起動裝置或者起動器以及機動 車的另外的電裝置供電而設(shè)置車載電網(wǎng)，其根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以12伏特運行。在起動內(nèi)燃機的過程 中，由起動器蓄電池經(jīng)由車載電網(wǎng)為起動器提供電壓，當(dāng)例如通過相應(yīng)的起動信號接通起 動器時，該起動器起動內(nèi)燃機。如果該內(nèi)燃機起動，其驅(qū)動發(fā)電機，該發(fā)電機接著生成約12 伏特的電壓并且經(jīng)由車載電網(wǎng)提供至車輛中的不同的電負載。該發(fā)電機在此又為通過起動 過程加載的起動器蓄電池充電。如果經(jīng)由車載電網(wǎng)充電蓄電池，則實際的電壓能夠為額定 電壓，例如14V或者14.4V。具有12V或14V電壓的車載電網(wǎng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)也被稱為低電 壓車載電網(wǎng)。
[0004] 已知在電動和混合動力車輛中使用具有48V的額定電壓的另外的車載電網(wǎng)，其在 本發(fā)明的范圍內(nèi)也被稱為高電壓車載電網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的方法涉及一種用于機動車的車載電網(wǎng)，其中所述車載電網(wǎng)具有用于 至少一個低電壓負載的低電壓子電網(wǎng)、用于至少一個高電壓負載的高電壓子電網(wǎng)以及起動 器-發(fā)電機，其中，所述高電壓子電網(wǎng)經(jīng)由耦合單元與所述低電壓子電網(wǎng)相連接，所述耦合 單元被設(shè)置為從所述高電壓子電網(wǎng)取出能量并且輸送至所述低電壓子電網(wǎng)，其中，所述高 電壓子電網(wǎng)具有蓄電池，所述蓄電池被設(shè)置為生成高電壓并且輸出至所述高電壓子電網(wǎng)， 并且所述蓄電池具有至少兩個帶有單電壓抽頭的蓄電池單元，所述單電壓抽頭引導(dǎo)至所述 耦合單元，其中，所述耦合單元被設(shè)置為，選擇性地將所述蓄電池單元(41)接通至所述低電 壓子電網(wǎng)（21)。在以下步驟中實現(xiàn)在第一、已接通至所述低電壓子電網(wǎng)的蓄電池單元和第 二、待接通至所述低電壓子電網(wǎng)的蓄電池單元之間的切換：
[0006] a)分離在第一、已接通的蓄電池單元和第二、待接通的蓄電池單元之間的導(dǎo)線；
[0007] b)將所述第二、待接通的蓄電池單元接通至所述低電壓子電網(wǎng)；
[0008] c)從所述低電壓子電網(wǎng)切斷所述第一、已接通的蓄電池單元；
[0009] d)連接在第一、已從所述低電壓子電網(wǎng)切斷的蓄電池單元和第二、已接通至所述 低電壓子電網(wǎng)的蓄電池單元之間的導(dǎo)線。
[0010] 本發(fā)明具有以下優(yōu)勢，通過該低電壓子電網(wǎng)能夠運行電負載，其被設(shè)置在低的第 一電壓上，并且高電壓子電網(wǎng)供電高功率負載，即具有相對于第一電壓更高的電壓的子車 載電網(wǎng)。低電壓子電網(wǎng)的供電與在高電壓子電網(wǎng)中的充電和放電過程重疊。經(jīng)由高電壓子 電網(wǎng)的低電壓子電網(wǎng)供電在此單向地進行，即耦合單元提供優(yōu)選地僅在一個方向上的能量 轉(zhuǎn)換。
[0011] 該方法提供了一個有利的切換設(shè)計，其允許無中斷地進行低電壓子電網(wǎng)的供電， 即在切換過程中也由至少一個蓄電池單元為低電壓子電網(wǎng)供電。由此，在低電壓子電網(wǎng)中 的電壓中斷能夠無額外的緩沖系統(tǒng)地被避免。在切換過程期間，蓄電池還為高電壓子電網(wǎng) 作為存儲器供使用。在此，電壓能夠短時間地低于額定值，然而在兩個方向上的能量流、即 蓄電池的充電和放電是可能的。
[0012] 概念"蓄電池"和"蓄電池單元"在上文中、符合通常的語言習(xí)慣地用于蓄能池或蓄 能池單元。蓄電池包括一個或多個蓄電池單元，其能夠表示蓄電池單池、蓄電池模塊、模塊 線路或蓄電池包。該些蓄電池單池在此優(yōu)選地在空間上結(jié)合并且在電路技術(shù)上彼此連接， 例如串聯(lián)或并聯(lián)連接成模塊。多個模塊能夠形成所謂的蓄電池直接轉(zhuǎn)換器(BDC :battery direct converter)，并且多個蓄電池直接轉(zhuǎn)換器能夠形成蓄電池直接逆變器（BDI: battery direct inverter)〇
[0013] 在從屬權(quán)利要求中給出的方法的有利的改進和優(yōu)化通過在從屬權(quán)利要求中提及 的方案是可行的。
[0014]因此，當(dāng)可選擇性地切換的蓄電池單元分別被設(shè)置用于提供低電壓時，是有利的。 該因此能夠交替地需要該蓄電池單元，其提供低電壓，例如支持啟停系統(tǒng)，這會導(dǎo)致蓄電池 單兀的提尚的使用壽命。
[0015] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述耦合單元具有反向截止的開關(guān)。有利地，該反向截 止的開關(guān)適于用于低電壓子電網(wǎng)的可選擇性切換的蓄電池單元的接通和切斷。該開關(guān)具有 以下特性，其在狀態(tài)"接通"下使僅在一個方向上的電流流動成為可能，并在狀態(tài)"斷開"下 能夠兩種極性地吸收截止電壓。
[0016] 在步驟b)中的所述第二、待接通的蓄電池單元的接通的過程中優(yōu)選地操作至少一 個反向截止的開關(guān)，尤其優(yōu)選地是兩個反向截止的開關(guān)。在步驟c)中的所述第一、已接通的 蓄電池單元的切換的過程中同樣優(yōu)選地操作至少一個反向截止的開關(guān)，尤其優(yōu)選地是兩個 反向截止的開關(guān)。
[0017] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述耦合單元具有正向截止的開關(guān)。有利地，該正向截 止的開關(guān)適于可選擇性切換的蓄電池單元的串聯(lián)連接。優(yōu)選地設(shè)置，在步驟a)中的在所述 第一、已接通的和所述第二、待接通的蓄電池單元之間的導(dǎo)線的分離的過程中操作至少一 個正向截止的開關(guān)。同樣優(yōu)選地設(shè)置，在第一、已從低電壓子電網(wǎng)切斷的蓄電池單元和第 二、已接通至所述低電壓子電網(wǎng)的蓄電池單元之間的導(dǎo)線的連接的過程中操作至少一個正 向截止的開關(guān)。
[0018] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述第一、已接通的蓄電池單元和所述第二、待接通的 蓄電池單元在步驟b)中的將所述第二、待接通的蓄電池單元接通至所述低電壓子電網(wǎng)之后 并且在步驟c)中的從所述低電壓子電網(wǎng)切斷所述第一、已接通的蓄電池單元之前，關(guān)于所 述低電壓子電網(wǎng)并聯(lián)連接。由此這是能夠?qū)崿F(xiàn)的，即在兩個蓄電池單元的顯著偏離的充電 狀態(tài)下，實現(xiàn)由這樣的蓄電池單元的對低電壓子電網(wǎng)的供電，該蓄電池單元具有較高的充 電狀態(tài)或者提供較高的電壓。在蓄電池單元的相同或者相似的充電狀態(tài)下，該低電壓子電 網(wǎng)由兩個蓄電池單元供電。
[0019] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述第一、已接通的蓄電池單元和所述第二、待接通的 蓄電池單元，或者所述第一、已切斷的蓄電池單元和第二、已接通的蓄電池單元，在其之間 連接導(dǎo)線的情況下，關(guān)于所述高電壓子電網(wǎng)串聯(lián)連接。尤其有利地，第一和第二蓄電池單 元，在其之間連接導(dǎo)線的情況下，關(guān)于所述高電壓子電網(wǎng)串聯(lián)連接并且相鄰。如果要求在不 直接相鄰的蓄電池單元上的切換，則多個切換過程在短的順序下相繼執(zhí)行，使得在每個切 換過程中包含相鄰的蓄電池單元。
[0020] 此外能夠設(shè)置，該低電壓子電網(wǎng)具有至少一個電容器。該電容器優(yōu)選地被設(shè)置用 于，在已接通的蓄電池單元的交替過程中進一步穩(wěn)定低電壓。該電容器的尺寸在此優(yōu)選地 根據(jù)
[0021]
[0022] 進行選擇，其中Imax為最大的車載電網(wǎng)電流，其應(yīng)當(dāng)在切換過程期間在低電壓子電 網(wǎng)中流動，t_chalt為持續(xù)時間，在其間不提供用于供電的蓄電池單元，并且AU max為在切換 過程期間的車載電網(wǎng)電壓的最大允許的變化。此外，該電容器優(yōu)選地也適于作為能量存儲 器，其被設(shè)置為，至少短時間地產(chǎn)生低電壓并且輸出至低電壓子電網(wǎng)。
[0023] 當(dāng)切換在這樣的時間點進行，其中車載電網(wǎng)電流盡可能地小，則在低電壓子電網(wǎng) 中的電壓中斷能夠進一步有利地減小。這例如能夠通過用于車載電網(wǎng)電流的信號的分析和 取決于此的耦合單元的開關(guān)的控制來實現(xiàn)。此外，能夠通過負載管理系統(tǒng)來實現(xiàn)同步化，以 短時間地、無舒適性受損地切斷高功率負載、例如加熱系統(tǒng)，以使得無額定值的電壓中斷的 蓄電池單元的切換過程成為可能。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明還提出了一種計算機程序，當(dāng)在可編程的計算機裝置上實施所述計算 機程序時，根據(jù)其執(zhí)行在此描述的方法。該計算機程序例如能夠為用于實現(xiàn)用于運行車載 電網(wǎng)的裝置的模塊或者用于實現(xiàn)車輛的蓄電池管理系統(tǒng)的模塊。該計算機程序能夠存儲在 機器可讀的存儲介質(zhì)上，如在永久的或者可再寫的存儲介質(zhì)上，或者在計算機裝置的分類 中，例如在可攜帶的存儲器中、如CD-R0M、DVD、藍光盤、USB存儲器或者存儲卡中。附加地和 替換地，該計算機程序能夠在如服務(wù)器或者云-服務(wù)器上的計算機裝置中供下載，例如經(jīng)由 如因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)電網(wǎng)或者如電話線或者無線連接的通信連接。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，此外提供一種蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)，其具有裝置，以用于執(zhí)行所述 的用于運行車載電網(wǎng)的方法。尤其地，該蓄電池管理系統(tǒng)具有單元，其被設(shè)置為如此地控制 該耦合單元，使得該蓄電池單元接通至低電壓子電網(wǎng)或者從低電壓子電網(wǎng)切斷。
[0026]根據(jù)本發(fā)明還給出了一種車載電網(wǎng)，在其上能夠執(zhí)行所描述的方法，其中耦合單 元被設(shè)置為，將蓄電池單元關(guān)于高電壓子電網(wǎng)串聯(lián)地并且關(guān)于低電壓子電網(wǎng)并聯(lián)地彼此耦 合。
[0027]該車載電網(wǎng)能夠在例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的靜態(tài)的應(yīng)用中，或者在例如混合動力和電 動車輛的車輛中投入使用。尤其地，該車載電網(wǎng)在具有啟停系統(tǒng)的車輛中使用。
[0028] 所提出的系統(tǒng)、即車載電網(wǎng)和蓄電池管理系統(tǒng)尤其適于在車輛中使用，該車輛具 有48伏特發(fā)電機和14伏特起動器，其中該14伏特起動器優(yōu)選地設(shè)置用于起停系統(tǒng)。
[0029] 所提供的系統(tǒng)尤其適于在車輛中的應(yīng)用，該車輛具有所謂的推動力回收系統(tǒng) (BRS)。在推動力回收系統(tǒng)（BRS)中，電能量在剎車中、在下坡中或者在滑行運行 (Segelbetieb)中獲得，以由此為電負載供電。該BRS提高了系統(tǒng)效率，使得能夠節(jié)約燃料或 者降低排放。在高電壓子電網(wǎng)中的蓄電池既支持被稱為所謂的助推器的內(nèi)燃氣，也在用于 短程的低速度中甚至用于電行駛、例如在電的駛?cè)胲囄缓婉偝鲕囄恢小?br>[0030] 根據(jù)本發(fā)明還給出的一種機動車，其具有內(nèi)燃機和上面描述的車載電網(wǎng)。
[0031] 本發(fā)明的優(yōu)勢
[0032] 本發(fā)明提供了一種具有用于車輛的鋰離子蓄電池系統(tǒng)的價格低廉的車載電網(wǎng)，其 具有例如帶有48伏特發(fā)電機的高電壓子電網(wǎng)、低電壓子電網(wǎng)以及具有低電壓子電網(wǎng)的單向 的供電的推動力回收系統(tǒng)。在此，能夠相對于已知的系統(tǒng)取消電勢分離的DC/DC轉(zhuǎn)換器，以 及鉛酸蓄電池。此外，在低電壓子電網(wǎng)中不需要獨立的起動器。該推動力回收系統(tǒng)能夠在合 適的設(shè)計下相對于當(dāng)前的在發(fā)展中的BRS系統(tǒng)節(jié)約明顯更多的能量，并且由此在較長的剎 車過程或者下坡中在系統(tǒng)中回收更多的電能量。
[0033] 上述的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明包括運行策略，其使得對低電壓子電網(wǎng)的供電能夠沒有 中斷。
【附圖說明】
[0034] 在附圖中示出并且在下文中進一步描述本發(fā)明的多個實施例。附圖中，
[0035] 圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的低電壓子電網(wǎng)；
[0036] 圖2示出了具有高電壓子電網(wǎng)、低電壓子電網(wǎng)和單向的、電勢分離的DC/DC轉(zhuǎn)換器 的車載電網(wǎng)；
[0037] 圖3示出了具有高電壓子電網(wǎng)、低電壓子電網(wǎng)和雙向的、電勢分離的DC/DC轉(zhuǎn)換器 的車載電網(wǎng)；
[0038] 圖4示出了具有高電壓子電網(wǎng)、低電壓子電網(wǎng)和單向的、電流不分離的DC/DC轉(zhuǎn)換 器的車載電網(wǎng)；
[0039]圖5示出了親合單元；
[0040]圖6示出了圖5中的在示例性的運行狀態(tài)下的耦合單元；以及 [0041]圖7示出了反向和正向截止的開關(guān)。
【具體實施方式】
[0042]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的車載電網(wǎng)1。在啟動內(nèi)燃機的過程中，由起動器蓄電池 1 〇經(jīng)由車載電網(wǎng)1向起動器11提供電壓，當(dāng)例如通過相應(yīng)的起動信號接通開關(guān)12時，該起動 器啟動內(nèi)燃機(未示出）。如果內(nèi)燃機起動，則其驅(qū)動發(fā)電機13，該發(fā)電機接著產(chǎn)生約12伏特 的電壓并且經(jīng)由車載電網(wǎng)1提供給車輛中的不同的電負載14。發(fā)電機13在此又為通過起動 過程加負載的起動器蓄電池10充電。
[0043]圖2示出了具有高電壓子電網(wǎng)20、低電壓子電網(wǎng)21和單向的、電勢分離的DC/DC轉(zhuǎn) 換器22的車載電網(wǎng)1，其形成在高電壓子電網(wǎng)20和低電壓子電網(wǎng)21之間的耦合單元。該車載 電網(wǎng)1能夠是車輛的、尤其是機動車、運輸車或者叉車的車載電網(wǎng)。
[0044]該高電壓子電網(wǎng)20例如是具有發(fā)電機23的48伏特車載電網(wǎng)，該發(fā)電機由內(nèi)燃機 (未示出）驅(qū)動。該發(fā)電機23被構(gòu)造在該實施例中，根據(jù)車輛的電機的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生電能量 并且饋入高電壓子電網(wǎng)20中。該高電壓子電網(wǎng)20還包括蓄電池24,其例如能夠被構(gòu)造作為 鋰離子蓄電池并且其被設(shè)置為，將需要的運行電壓輸出至高電壓子電網(wǎng)20。在高電壓子電 網(wǎng)20中安置另外的負載電阻25,其例如能夠通過至少一個、優(yōu)選地通過多個機動車的電負 載形成，其通過高電壓進行驅(qū)動。
[0045] 在低電壓子電網(wǎng)21中存在起動器26,該低電壓子電網(wǎng)設(shè)置在DC/DC轉(zhuǎn)換器22的輸 出端，該起動器26被設(shè)置為接通開關(guān)27以起動內(nèi)燃機，以及能量存儲器28，其被設(shè)置為，為 低電壓子電網(wǎng)21提供12V大小的額定電壓。在低電壓子電網(wǎng)21中安置另外的負載29,其通過 低電壓進行驅(qū)動。能量存儲器28例如包括多個電流單池、例如這樣的鉛酸蓄電池，其在完全 充電狀態(tài)下（充電狀態(tài)，S0C= 100%)通常具有12.8伏特的電壓。在放電的蓄電池（充電狀 態(tài)，S0C = 0%)中，能量存儲器28無負載地具有通常為10.8伏特的端子電壓。在低電壓子電 網(wǎng)21中的車載電網(wǎng)電壓在行駛運行中、分別根據(jù)能量存儲器28的溫度和充電狀態(tài)約在10.8 伏特和15伏特之間的范圍中。
[0046] 該DC/DC轉(zhuǎn)換器22在輸入側(cè)與高電壓子電網(wǎng)20并且與發(fā)電機23相連接。該DC/DC轉(zhuǎn) 換器22在輸出側(cè)與低電壓子電網(wǎng)21相連接。該DC/DC轉(zhuǎn)換器22被構(gòu)造為，接收在輸入側(cè)接收 的、例如驅(qū)動高電壓子電網(wǎng)的、例如在12和48伏特之間的直流電壓，并且產(chǎn)生輸出電壓，其 與輸入側(cè)所接收的電壓不同，尤其是產(chǎn)生小于在輸入側(cè)所接收的電壓的輸出電壓，例如12V 或 14V〇
[0047]圖3示出了具有高電壓子電網(wǎng)20和低電壓子電網(wǎng)21的車載電網(wǎng)1，其通過雙向的、 電勢分離的DC/DC轉(zhuǎn)換器31相連接。所示出的車載電網(wǎng)1基本上如在圖2中示出的車載電網(wǎng) 地構(gòu)造，其中發(fā)電機接入高電壓子電網(wǎng)并且為了在子車載電網(wǎng)20、21之間的能量傳輸使用 DC/DC轉(zhuǎn)換器31，其被實施為電勢分離的。在兩個子車載電網(wǎng)20、21中還安置蓄電池24、28和 負載25、29,如參見圖2所描述的。在圖3中示出的系統(tǒng)的區(qū)別基本上在于起動器的接入方 式。在圖2中示出的系統(tǒng)中，起動器26安置在低電壓子電網(wǎng)21中并且由此DC/DC轉(zhuǎn)換器22能 夠?qū)τ诟唠妷鹤与娋W(wǎng)20的能量傳輸來說單向地設(shè)置在低電壓子電網(wǎng)21中，而在圖3示出的 起動器-發(fā)電機30的結(jié)構(gòu)中其被放入高電壓子電網(wǎng)20中。在這種情況下，DC/DC轉(zhuǎn)換器31被 實施為雙向的，從而鋰離子蓄電池24(如有必要)能夠經(jīng)由低電壓子電網(wǎng)21被充電。該低電 壓車輛的起動輔助于是經(jīng)由低電壓接口和DC/DC轉(zhuǎn)換器31來實現(xiàn)。
[0048]圖4示出了具有高電壓子電網(wǎng)20和低電壓子電網(wǎng)21的車載電網(wǎng)1，例如車輛、尤其 是機動車、運輸車或者叉車的車載電網(wǎng)1。該車載電網(wǎng)1尤其適于在具有48伏特發(fā)電機、14伏 特起動器和推動力回收系統(tǒng)的車輛中使用。
[0049] 該高電壓子電網(wǎng)20包括起動器-發(fā)電機30,其能夠起動內(nèi)燃機(未示出）并且由其 是可驅(qū)動的。該起動器-發(fā)電機30被構(gòu)造為，根據(jù)車輛的電機的旋轉(zhuǎn)運動來產(chǎn)生電能量并且 饋入高電壓子電網(wǎng)20中。在高電壓子電網(wǎng)20中安置另外的負載電阻25,其例如能夠通過至 少一個、優(yōu)選地通過多個機動車的電負載形成，其通過高電壓進行驅(qū)動。
[0050] 該高電壓子電網(wǎng)20此外包括蓄電池40,其例如能夠被構(gòu)造作為鋰離子蓄電池并且 其被設(shè)置為，將48伏特的運行電壓輸出至高電壓子電網(wǎng)。該鋰離子蓄電池40在48伏特的額 定電壓下優(yōu)選地具有約15Ah的最小電容，以能夠存儲所需的電能量。
[0051 ]蓄電池40具有多個蓄電池單元41-1、41-2……41_n，其中多個蓄電池單元41配屬 于多個蓄電池單池，其通常串聯(lián)并且部分地額外地彼此并聯(lián)連接，以通過蓄電池40達到所 需的功率和能量數(shù)據(jù)。單個蓄電池單池例如為具有2.8至4.2伏特的電壓范圍的鋰離子蓄電 池。
[0052] 蓄電池單元41-1、41-2……41-n配屬于單電壓抽頭80-11、80-12、80-21、80-22、……80-nl、80-n2，通過其輸送耦合單元33的電壓。該耦合單元33具有以下任務(wù)，將蓄電 池40的至少一個蓄電池單元41接通至用于其運行或者支持的低電壓子電網(wǎng)21。
[0053]耦合單元33將高電壓子電網(wǎng)20與低電壓子電網(wǎng)21相耦合，并且在其輸出端為低電 壓子電網(wǎng)21提供所需的運行電壓、例如12V或者14V。該耦合單元33的結(jié)構(gòu)和功能將參照圖5 和6進行描述。
[0054] 低電壓子電網(wǎng)21包括低電壓負載29,其例如被設(shè)置以14V電壓運行。根據(jù)一個實施 方式設(shè)置，鋰離子蓄電池40在停機的車輛中承擔(dān)靜態(tài)電流負載的供電，該靜態(tài)電流負載作 為負載25、29示出。例如能夠設(shè)置，在此滿足所謂的機場測試的要求，其中在六星期的停車 時間后該車輛仍然是可起動的，并且其中在停車時間期間該低電壓負載29的靜態(tài)電流被提 供至低電壓子電網(wǎng)21，由此例如為防盜報警器件供電。
[0055] 在低電壓子電網(wǎng)21中可選地安置高功率存儲器28或者緩沖存儲器，其能夠短時間 地提供非常高的功率，即優(yōu)化成高功率。該高功率存儲器28滿足該目的，即在蓄電池單元41 的切換過程中進一步避免過壓。如果電容器被用作高功率存儲器28,則其尺寸優(yōu)選地為：
[0056]
[0057] 其中Imax為最大的車載電網(wǎng)電流，其應(yīng)當(dāng)在切換過程期間在車載電網(wǎng)中流動， tumsc；halt為持續(xù)時間，在其間不提供用于供電的蓄電池單元，并且AUmax為在切換過程期間的 車載電網(wǎng)電壓的最大允許的變化。
[0058]在圖4中示出的車載電網(wǎng)能夠進一步包括蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)(未示出）。該蓄電 池管理系統(tǒng)包括控制器，其設(shè)置為獲取、處理關(guān)于蓄電池40或者蓄電池單元41的溫度、所提 供的電壓、提供的電流和充電狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)，并且據(jù)此預(yù)測蓄電池40的健康狀態(tài)。該蓄電 池管理系統(tǒng)在此包括單元，其被設(shè)置為如此調(diào)節(jié)耦合單元33,使得其能夠選擇性地將蓄電 池單元41接入低電壓子電網(wǎng)21中。
[0059]圖5示出了耦合單元33,其被實施作為單向的、電流不分離的直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC/ DC轉(zhuǎn)換器）。該耦合單元33包括反向截止的開關(guān)44、45,其具有以下特性，其在狀態(tài)"接通"下 使僅在一個方向上的電流流動成為可能，并在第二狀態(tài)"斷開"下能夠兩種極性地吸收截止 電壓。其與如IGBT開關(guān)的簡單的半導(dǎo)體開關(guān)實質(zhì)上不同，因為其在反向方向上由于其內(nèi)部 的二極管而不能夠吸收截止電壓。根據(jù)電流流動方向在圖5中顯示兩種不同的開關(guān)類型，即 RSS_I 45和RSS_r 44,兩者在其工藝方面沒有區(qū)別，而是僅以不同的極性構(gòu)造。反向截止的 開關(guān)44、45的進一步結(jié)構(gòu)的示例參照圖7來描述。
[0000]在親合單元33中，蓄電池單元41的單抽頭80分別輸送至不同的反向截止開關(guān)RSS_ I 45和RSS_r 44中的一個。該反向截止開關(guān)RSS_I 45在耦合單元33的輸出側(cè)與正極52連 線，并且反向截止開關(guān)RSS_r 44在親合單元33的輸出側(cè)連線至負極51。
[0061]該耦合單元33包括正向截止的開關(guān)90,其例如能夠為標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體開關(guān)。正向截止 的開關(guān)90的進一步結(jié)構(gòu)的示例參照圖7進行描述。在耦合單元33中，蓄電池單元41的單抽頭 80分岔并且平行于反向截止的開關(guān)分別輸送至正向截止的開關(guān)VSS 90。如果該開關(guān)90被接 通，該正向截止的開關(guān)VSS 90將蓄電池單元41彼此并聯(lián)連接。在此，在每兩個蓄電池單元41 之間安置正向截止的開關(guān)90,從而在η個蓄電池單元41中設(shè)置n-1個正向截止的開關(guān)VSS 90-1、VSS 90-2、……VSS 90-n-l。
[0062] 該高電壓子電網(wǎng)20的電壓位參照低電壓子電網(wǎng)21的接地取決于一個或多個蓄電 池單元41接通至何處。不在運行狀態(tài)下，電勢中的一個然而具有量，其以高電壓和低電壓的 總和的大小超過電壓界限，即在48伏特電網(wǎng)和14伏特電網(wǎng)的情況以62伏特。然而也能夠出 現(xiàn)相對于低電壓子電網(wǎng)的接地的負電勢。
[0063]起動器-發(fā)電機30的運行取決于耦合單元33的運行和低電壓子電網(wǎng)的供電。在接 通的蓄電池單元41中得出通過低電壓子電網(wǎng)和由（如有必要的情況下)起動器-發(fā)電機30饋 入整個蓄電池40中的充電電流(發(fā)電機運行）或者通過其從整個蓄電池40中取出的放電電 流（電動機運行），該蓄電池單元供電低電壓子電網(wǎng)21。只要不超過蓄電池單元的允許的界 限、例如單池的最大允許的放電電流，則能夠彼此獨立地觀察該過程。由于至少一個蓄電池 單元41 一直經(jīng)由所述的開關(guān)44、45、90接通耦合單元33,因此可靠地供電該低電壓子電網(wǎng) 21。由于低電壓子電網(wǎng)21的多重冗余的供電，能夠以所提出的結(jié)構(gòu)構(gòu)造系統(tǒng)，其具有在低電 壓子電網(wǎng)中的電能量的非常高的可用性。
[0064]圖6示出了低電壓子電網(wǎng)21例如由蓄電池單元41-1、41-2經(jīng)由接入的反向截止的 開關(guān)RSS_I 45-i、RSS_I 45-j、RSS_r 44-i、RSS_r 44-j和斷開的正向截止的開關(guān)VSS 90-1 供電，其位于蓄電池單元44-U44-2之間。由正極52經(jīng)由反向截止的開關(guān)RSS_I 45-i、經(jīng)由 第一蓄電池單元41-1并且經(jīng)由另外的反向截止的開關(guān)RSS_r 44-j引導(dǎo)第一電流路徑71至 負極51。此外由正極52經(jīng)由反向截止的開關(guān)RSS_I 45-j、經(jīng)由第二蓄電池單元41-2并且經(jīng) 由另外的反向截止的開關(guān)RSS_r 44-i引導(dǎo)第二電流路徑72至負極51。由于開關(guān)90-1是斷開 的，第一蓄電池單元41-1和第二蓄電池單元41-2關(guān)于低電壓子電網(wǎng)并聯(lián)連接。第一蓄電池 單元41-1的正極是電高阻地連接的。
[0065]為了低電壓子電網(wǎng)21的無中斷的供電，本發(fā)明提出了一種切換方法，其中在步驟 a)中，借助于在導(dǎo)線中安置的正向截止的開關(guān)VSS 90-1斷開在第一、已接通的蓄電池單元 (在此例如為蓄電池單元41-1)和第二、待接通的蓄電池單元(在此例如為蓄電池單元41-2) 之間的導(dǎo)線。在步驟a)后，蓄電池40具有36伏特的總電壓，其供電高電壓子電網(wǎng)20,使得為 高電壓子電網(wǎng)20提供雙向的能量流。另外的蓄電池單元41-2、……41-n在此形成n-1個蓄電 池單兀的串聯(lián)電路。
[0066]在接著的第二步驟b)中，通過延遲，其時間段基本上取決于所使用的開關(guān)44、45、 90的特性，第二、待接通的蓄電池單元41-2接通至低電壓子電網(wǎng)21。圖6示出了在步驟b)后 的狀態(tài)，其中兩個蓄電池單元41-2和41-1并聯(lián)連接。
[0067]在切斷和接通之間的延時是必須的，因為否則在所有開關(guān)過程的過渡階段期間在 低電壓子電網(wǎng)21中的電壓被提高至不允許的高的值，其中在圖6中示出的情況是提高至子 蓄電池41-1和41-2的電壓的總和，即提高至兩倍。當(dāng)該耦合裝置33以延遲時間接通，這然而 表示，低電壓子電網(wǎng)21的供電被短時間地中斷。為了避免不允許的電壓中斷，能夠根據(jù)一些 實施方式借助于電容器28實施緩沖，如參照圖4描述的。
[0068]在第三步驟c)中，如果設(shè)置已從低電壓子電網(wǎng)21接通的蓄電池單元41的切換，第 一、已接通的蓄電池單元41-1從低電壓子電網(wǎng)21切斷。在第四步驟d)中，經(jīng)由正向截止的開 關(guān)VSS 90-1再次建立在第一、已從低電壓子電網(wǎng)21切斷的蓄電池單元41-1和第二、已接通 至低電壓子電網(wǎng)21的蓄電池單元41-2之間的導(dǎo)線連接。在再次建立該連接后，結(jié)束從第一 至第二蓄電池單元的轉(zhuǎn)換，而不中斷低電壓子電網(wǎng)21的供電。
[0069] 根據(jù)該方法的另外的實施方式能夠規(guī)定，在步驟a)中切斷所有的正向截止的開關(guān) 90。起動器-發(fā)電機30在切換階段不饋入能量至高電壓子電網(wǎng)中并且在助推運行中工作。以 較短的延遲反向截止的開關(guān)44、45接通所述的待接通的一個或多個蓄電池單元41，該延遲 的時間段取決于所使用的開關(guān)的特性。因此，該切換也能夠在不直接相鄰的蓄電池單元41 之間進行。
[0070] 圖7示出了反向截止的開關(guān)44、45和正向截止的開關(guān)90的可能的結(jié)構(gòu)。流通方向在 此以I給出。反向截止的開關(guān)RSS_r 44例如包括IGBT、M0SFET或者雙極型晶體管101和與其 串聯(lián)連接的二極管103。在圖8中示出了M0SFET 101，其具有一起示出的、內(nèi)部的二極管102。 串聯(lián)連接至該M0SFET 101的二極管103相反于M0SFET101的內(nèi)部的二極管102的方向地極 化。反向截止的開關(guān)RSS_r 44使得電流在流通方向I上以相反的方向流過或截止。該反向截 止的開關(guān)RSS_I 45對應(yīng)于RSS_r 44,僅以相反的極性構(gòu)造，從而流通和截止方向交換。正向 截止的開關(guān)90包括M0SFET、IGBT或者雙極型晶體管101，其中其內(nèi)部的二極管102被一起示 出。開關(guān)RSS_I 45、RSS_r 44和VSS 90尤其地也通過幾乎不可察覺的延遲在開關(guān)過程中突 出，即允許非常短的切換時間段。通過合適的控制電路，在開關(guān)的切斷和接通之間的時間延 遲能夠被非常精確地調(diào)節(jié)。
[0071] 本發(fā)明并不限制于在此描述的實施例和在此強調(diào)的方面。相反地在通過權(quán)利要求 給定的范圍之內(nèi)的多種修改是可能的，其在本領(lǐng)域技術(shù)人員的處理范圍中。
【主權(quán)項】
1. 一種用于運行用于機動車的車載電網(wǎng)（1)的方法，其中，所述車載電網(wǎng)（1)具有用于 至少一個低電壓負載(29)的低電壓子電網(wǎng)（21)、用于至少一個高電壓負載(25)的高電壓子 電網(wǎng)（20)以及起動器-發(fā)電機(30)，其中，所述高電壓子電網(wǎng)（20)經(jīng)由耦合單元(33)與所述 低電壓子電網(wǎng)（21)相連接，所述耦合單元被設(shè)置為從所述高電壓子電網(wǎng)（20)提取能量并且 輸送至所述低電壓子電網(wǎng)（21)，其中，所述高電壓子電網(wǎng)（20)具有蓄電池(40)，所述蓄電池 被設(shè)置為生成高電壓并且輸出至所述高電壓子電網(wǎng)（20)，并且所述蓄電池具有至少兩個帶 有單電壓抽頭(80)的蓄電池單元(41)，所述單電壓抽頭被引導(dǎo)至所述耦合單元(33)，其中， 所述耦合單元(33)被設(shè)置為，選擇性地將所述蓄電池單元(41)接通至所述低電壓子電網(wǎng) (21)，其特征在于，在以下步驟中實現(xiàn)從第一、已接通至所述低電壓子電網(wǎng)（21)的蓄電池單 元(41)至第二、待接通至所述低電壓子電網(wǎng)（21)的蓄電池單元(41)的切換： a) 分離在第一、已接通的和第二、待接通的蓄電池單元(41)之間的導(dǎo)線； b) 將所述第二、待接通的蓄電池單元(41)接通至所述低電壓子電網(wǎng)(21); c) 從所述低電壓子電網(wǎng)（21)切斷所述第一、已接通的蓄電池單元(41); d) 連接在第一、已從所述低電壓子電網(wǎng)（21)切斷的蓄電池單元(41)和第二、已接通至 所述低電壓子電網(wǎng)（21)的蓄電池單元(41)之間的導(dǎo)線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓄電池單元(41)分別被設(shè)置用于提供 低電壓。3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述耦合單元(33)具有反向 截止的開關(guān)(44、45)，并且在步驟b)中的所述第二、待接通的蓄電池單元(41)的接通的過程 中操作至少一個反向截止的開關(guān)(44、45)。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述耦合單元(33)具有反向 截止的開關(guān)(44、45)，并且在步驟b)中的所述第一、已接通的蓄電池單元(41)的切斷的過程 中操作至少一個反向截止的開關(guān)(44、45)。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述耦合單元(33)具有正向 截止的開關(guān)(90)，并且在步驟a)中的在所述第一、已接通的和所述第二、待接通的蓄電池單 元(41)之間的導(dǎo)線的分離的過程中操作至少一個正向截止的開關(guān)(90)。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一、已接通的蓄電池單 元(41)和所述第二、待接通的蓄電池單元(41)在步驟b)中的將所述第二、待接通的蓄電池 單元(41)接通至所述低電壓子電網(wǎng)之后并且在步驟c)中的從所述低電壓子電網(wǎng)（21)切斷 所述第一、已接通的蓄電池單元(41)之前，關(guān)于所述低電壓子電網(wǎng)（21)并聯(lián)連接。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一、已接通的蓄電池單 元(41)和所述第二、待接通的蓄電池單元(41)，在其之間連接導(dǎo)線的情況下，關(guān)于所述高電 壓子電網(wǎng)（20)串聯(lián)連接并且相鄰。8. -種蓄電池管理系統(tǒng)，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，具有用于 控制用于接通蓄電池單元(41)的親合單元(33)的單元。9. 一種計算機程序，當(dāng)在可編程的計算機裝置上實施所述計算機程序時，所述計算機 程序被設(shè)置用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法。10. -種車載電網(wǎng)（1)，在其上能夠執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中， 耦合單元(33)被設(shè)置為，將蓄電池單元(41)關(guān)于高電壓子電網(wǎng)（20)串聯(lián)地并且關(guān)于低電壓 子電網(wǎng)（21)并聯(lián)地彼此耦合。11. 一種機動車，具有內(nèi)燃機和根據(jù)權(quán)利要求10所述的車載電網(wǎng)（1)。
【文檔編號】B60R16/04GK105934860SQ201580005801
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年1月23日
【發(fā)明人】H·芬克
【申請人】羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社