专利名称：用于在能量系统的故障下运行混合动力机动车的方法和装置的制作方法
用于在能量系统的故障下运行混合动力机动车的方法和装
现有技术本发明涉及一种用于在能量系统的故障下运行混合动力机动车的方法，其中混合动力机动车由至少两个驱动机组共同地或分开地驱动并且至少一个电的驱动机组对一个高压能量系统充电，高压能量系统向一个低压能量系统供给电能，其中高压电压被转换成低压电压，用于供给混合动力机动车的至少一个控制单元，以及一种用于实施该方法的装置。带有混合动力驱动结构的机动车具有内燃机和作为第二驱动机组大多数有至少一个电机。因此在混合动力机动车行驶运行期间可以由两个驱动机组施加驱动力矩。电的驱动装置在此情况下与蓄能器连接，该蓄能器向电的驱动装置供给电能。如果内燃机处于牵引运转中，那么电的驱动装置以发电机方式工作，由此通过该电的驱动装置向蓄能器输入能量。由此蓄能器又被加载能量。为了运行电的驱动装置，需要高压电压，该高压电压由高压电池提供，该高压电池设计成蓄能器。从高压能量系统出发，经DC/DC-转换器向低压能量系统供给能量。在最新的发展中，在制造混合动力机动车中取消了起动器并且内燃机借助于电机起动。混合动力机动车的高压能量系统随时地不仅监测高压电池的充电状态，而且监控是否高压能量系统的机械护板被移动或打开。如果是这种情况，那么出于安全考虑，高压能量系统被立即切断，以避免可能的电弧放电或者保护在能量系统上进行操作的使用者。但是这导致的结果是，电机不再被供给高电压并且高压电池不再能够被再充电。随着时间的推移，向混合动力机动车的控制装置供给能量的低压能量系统的电池由此用光。如果停止向控制装置供给能量，那么混合动力机动车在一些时间之后就不能够再行驶。发明的公开
按照本发明的具有权利要求1的特征的用于在能量系统有故障情况下运行混合动力机动车的方法此时具有优点，经低压能量系统向控制装置的能量供给通过电的驱动机组维持。由于在分离高压能量系统之后电的驱动机组被置于一种用于产生对使用者不危急安全的电压的状态下，其中该不危急安全的电压被转换成低压电压以便供给至少一个控制单元，因此即使在高压能量系统有故障时也可以在任何时候进行混合动力机动车的紧急行驶运行。电的在发电机运行下工作的电机被用于为低压能量系统提供能量，由此即使在高压能量系统有故障时也产生足够的能量，以使得所有对混合动力机动车的行驶运行所必需的控制装置即使在这种状态下也保持随时可供使用。有利地，为了确定高压能量系统中的故障，监测引导高压的部件，尤其是这些部件的机械护盖。通过持续地监控盖机械护盖，这也称为“盖子打开识别”，可以快速和可靠地识别出高压能量系统中的故障。即使最小的偏差也导致切断高压能量系统，以便保护司机和机动车不受损伤。尽管如此，通过按照本发明的方法时钟提供足够的能量，以便可靠地防止混合动力机动车抛锚。
在一个改进方案中，为了确定高压能量系统中的故障，监测通向高压能量系统的通讯连接部件，尤其是数据总线的连接。由此可以可靠地识别出通向或在高压能量系统中的通讯连接的中断并且在接着切断高压能量系统的情况下可靠地起动电机作为低压能量系统的能量供给者。在一个实施例中，对于使用者不危机安全的电压为大约60V。因此确保可能在电机系统上或其周围活动的司机没有遭受伤害的危险。有利地，电的驱动机组设计成电动机，它从扭矩调节的模式转换到电压调节的模式。通过电压调节保证连续地维持60V的不危急安全的电压值，以保证对低压能量系统的供给。在一个实施例中，对混合动力机动车的舒适性运行负责的控制单元在确定高压能量系统中有故障时被切断。由此保证所有的控制单元被可靠地供给对混合动力机动车的行驶运行所必需的能量。在高压能量系统重新可以运行之前，该高压能量系统提供300V的电压并且该电压被转换成14V的低压电压，用于舒适性运行的控制装置，如例如车窗升降器， 空调或后窗玻璃加热器，不再加载在低压能量系统上。本发明的另一个改进方案涉及一种用于在能量系统有故障时运行混合动力机动车的装置，其中混合动力机动车由至少两个驱动机组共同地或分开地驱动并且至少一个电的驱动机组对高压能量系统充电，该高压能量系统向低压能量系统供给电能，其中高压电压被转换成低压电压，用于供给混合动力机动车的至少一个控制单元并且在确定高压能量系统的故障情况下将该高压能量系统与电的驱动机组分开。为了即使在高压能量系统有故障情况下维持通过低压能量系统对控制装置的能量供给，设置了机构，该机构在分开高压能量系统之后将电的驱动机组置于一种用于产生对使用者不危急安全的电压的状态下，其中该不危急安全的电压为了供给至少一个控制单元被转换成低压电压。由于电机产生不危急安全的电压，由该电压可以向低压能量系统输入足够的能量，因此在任何时候可以实现混合动力机动车的紧急行驶运行，因为对于行驶运行所必需的控制单元被供给足够的能量。有利地，电的驱动机组经脉冲逆变器与开关装置连接，它在高压能量系统完好的运行状态下将高压能量系统与电的驱动机组相连接并且在高压能量系统有故障时断开该连接。通过简单的开关装置，它在探测高压能量系统中的故障时由通向高压电池管理系统的控制单元控制，可以简单地没有大的结构和成本费用地将有故障的高压能量系统与混合动力机动车的能量供给网络解耦合。在一个实施例主，直流电压转换器一方面通到开关装置和脉冲逆变器并且另一方面连接到低压能量系统上。该直流电压转换器涉及一种DC/DC转换器，即将一个第一量的直流电压转换成一个第二量的直流电压的转换器。在一个改进方案中，直流电压转换器可以在一个将高压电压转换成低压电压的第一运行模式和一个将不危急安全的电压转换成低压电压的第二运行模式之间切换。由此直流电压转换器的很小的修改就足够保证在这两种模式下的运行。因此可以取消附加的元器件。有利地，如此地设计脉冲逆变器，即它可以将施加到其上的电压在两个方向上转换。脉冲逆变器由此将电的驱动机组提供的交流电压转换成直流电压用于供给到高压能量系统中或其他地方。脉冲逆变器也是一个本身已经在混合动力机动车的电系统存在的部件并且也被用于混合动力机动车的持续的紧急行驶运行，而不必提供附加的部件。在一个实施例中，电的驱动机组设计成电动机，在电池管理控制单元通告有故障情况下，该电池管理控制单元监控高压能量系统，尤其是高压电池，该电动机由电动机控制单元从而扭矩调节的运行模式被转变到电压调节的运行模式，以便提供不危急安全的电压电动机由此作为低压车载电网的能源工作，从而混合动力机动车可以持续地前行。在一个改进方案中，低压能量系统包括低压电池，它通过直流电压转换器被供给低压电压并且经低压车载电网向控制单元供给低压电压。低压电池此时被恒定的点充电到 14V的直流电压，该电压是用于供给混合动力机动车的控制单元要求的。本发明允许大量的实施方式，其中的一个实施方式依据附图中示出的视图详细说明。附图中所示
图1 并联混合动力驱动装置的示意2 将混合动力驱动装置结合到按照现有技术的能量系统中图3 按照本发明设计图2所示的能量系统的实施例图4 实施按照本发明的方法的示意流程图相同的特征用相同的标记表示。图1示出了具有并列混合动力驱动装置的机动车的原理图。该混合动力驱动装置由作为第一驱动单元的内燃机ι和作为第二驱动单元的电动机2形成。内燃机1经传动系3与变速器4连接，变速器又经差速器5引导到轮轴6以驱动车轮7。电动机2设置在内燃机1的轴8并且由此也引导到传动系3，后者与变速器4连接。在变速器4和传动系3之间布置起动离合器12，起动离合器为了接收机动车的机动车运动而将传动系3与变速器相连接。电动机2因此为车轮7的驱动和为机动车的总扭矩做出贡献。电动机2和内燃机1经分离离合器9相互连接。该分离离合器9在断开状态下允许仅仅通过电动机2驱动机动车，而在分离离合器9闭合状态下，不仅内燃机1而且电动机 2都为机动车的驱动作出贡献。此外电动机2经功率电子装置10与高压电池11连接，该高压电池在电动机2处于驱动运行时对电动机提供电能。备选地，在电动机2处于发电运行时由该电动机对高压电池11供给能量。也就是说，高压电池11通过电动机2被充电。混合动力驱动装置的每个机组在此时都通过一个控制装置控制或调节。因此内燃机1由内燃机控制装置13监控，而电动机2由电动机控制装置14控制。变速器控制装置15监控起动离合器12和变速器4，而设置在车轮7上的制动器16由制动器管理控制装置17控制。而且高压电池11和与其连接的混合动力机动车的高压能量系统也通过电池管理控制装置18监测和控制。内燃机控制装置13，电动机控制装置14，变速器控制装置15， 制动管理控制装置17和电池管理控制装置18分别与探测机组1，2，3，4，7，11，12的实际状态的传感器S和用于控制机组1，2，3，4，7，11，12的致动器A连接并且通到机动车控制系统 19，该机动车控制系统协调各个机组如内燃机1，电动机2，变速器4，车轮7，高压电池11和起动离合器12的运行过程。
为了运行电动机2需要高压，该高压由高压电池11提供。该高压电压近似为300V 并且转换成低压电压14V，这结合图2说明。图2示出了混合动力驱动装置与按照现有技术的混合动力机动车的能量系统的结合。电动机2经脉冲逆变器20与高压电池11连接。脉冲逆变器20将高压电池11提供的300V的直流电压转变成交流电压，该交流电压被供于电动机2，以便以驱动运行方式驱动该电动机。I在这种运行状态下，电动机2为驱动混合动力机动车做出贡献。如果电动机 2通过电动机控制装置14被转换成发电机运行模式，这在混合动力机动车的制动过程期间是这种情况，那么电动机2提供一交流电压，该交流电压由脉冲逆变器20又转变成直流电压并且输送给高压电池11，以使该高压电池充电。不仅高压电池11而且脉冲逆变器20都与一个DC/DC转换器21连接，它将由高压电池11提供的300V的直流电压转换成大约14V的低压直流电压，以便使低压电池22充电， 该低压电池设置在混合动力机动车的低压能量系统中并且经车载电网23相混合动力机动车的全部控制装置供给低压电压。除了没有进一步示出的控制装置以外，这些控制装置控制机动车的舒适性功能，其中还包括内燃机控制装置13，电动机控制装置14，变速器控制装置15，制动管理控制装置17和电池管理控制装置18，它们在图1中示出。出于安全性的原因，专门地为了防高压，强制性地要求一种“盖子打开识别”，如果现在在“盖子打开识别”情况下识别出在高压能量系统中存在故障，那么如图3中所示，布置在高压电池11和脉冲逆变器20之间的开关M被打开并且高压电池11与混合动力机动车的能量系统脱开。在这种情况下不再为低压能量系统提供任何电压。但是，为了维持对用于行驶运行所必需的控制装置，如内燃机控制装置13，电动机控制装置14，变速器控制装置15，制动管理控制装置17和电池管理控制装置18的低压电压的能量供给，现在电动机2用作能源。电动机2在发电机运行模式下工作并且提供60V的交流电压，它由脉冲逆变器20转变成60V的直流电压。由于开关M是打开的，因此60V的直流电压施加在DC/ DC-转换器21上。该DC/DC转换器21是如此设计的，即它除了变换由高压电池11提供的 300V以外也可以将电动机2和脉冲逆变器21提供的60V变换成14V的低压电压。该14V 的低电压用于对低压电池22充电。由电动机2提供的电压被限制在60V。因此该电压不是危险的并排除了在混合动力的能量系统上拨弄的人受到伤害。借助于图4详细说明用于混合动力机动车的控制装置13，14，15，17，18的辅助能量供给的调整过程。在框块101中，电池管理控制装置18监测混合动力机动车的高压能量系统。在此情况下不仅监测高压电池11的充电状态，而且在与高压电池系统的中断方面， 监控通讯系统，该通信系统设计成CAN数据总线系统。此外检查高压电池系统的盖板，这称为“盖子打开识别”，以便识别出可能导致高压能量系统中出现故障并且危害混合动力机动车的安全性的即使是最小的不正常情况。如果现在通过电池管理控制装置18识别出一个缺陷，那么该电池管理控制装置在框块102中断开高压电池并且断开高压电池11和脉冲逆变器20之间的开关24，如在图 3中所示。此外，电池管理控制装置18在无故障的通讯线路情况下将关于高压能量系统中的故障信息传递到机动车管理系统19。如果通讯线路具有故障，那么该故障由机动车管理系统19识别出。
在框块103中，在电池管理系统的要求下，DC/DC-转换器21被从运行模式变换 300V — 14V'转换到运行模式变换60V — 14V'。机动车管理系统19在框块104中输出一个指令给电动机控制装置14，将电动机2 从扭矩调节的模式(当电动机2为驱动机动车做贡献时，该电动机2处于该模式中)转换成电压调节的模式。在该电压调节的模式中被调节到60V的安全性无危险的目标电压上，该电压然后被提供用于转换成14V低压电压。在框块105中，由于提供了 14V的电压，因此即使在混合动力机动车的高压能量系统失灵情况下，该混合动力机动车也能够持续地被置于紧急运行中，在该紧急运行中，混合动力机动车能够在没有高压电压情况下继续行驶。
权利要求
1.用于在能量系统有故障下运行混合动力机动车的方法，其中所述混合动力机动车由至少两个驱动机组(1，2)共同地或分开地驱动并且至少一个电的驱动机组(2)对一个高压能量系统(11)充电，所述高压能量系统向一个低压能量系统(22，2；3)供给电能，其中高压电压被转换成低压电压，用于供给混合动力机动车的至少一个控制单元(13，14，15，17，18) 并且在确定高压能量系统(11)中的故障情况下该高压能量系统与所述电的驱动机组O) 分离开，其特征在于，在分离开高压能量系统(11)之后将所述电的驱动机组(2)置于一种用于产生对使用者不危急安全的电压的状态下，其中所述不危急安全的电压被转换成低压电压，以便供给至少一个控制单元(13，14，15，17，18)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定高压能量系统(11)中的故障，监测引导高压电压的部件，尤其是这些部件的机械护板。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定高压能量系统(11)中的故障，监测与高压能量系统的通讯连接，尤其是数据总线连接。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对使用者不危急安全的电压近似为60V。
5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于，电的驱动机组(2)设计成电动机，它被从扭矩调节的模式转换成电压调节的模式。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定了高压能量系统(11)中的故障之后，切断对混合动力机动车的舒适性运行负责的控制单元。
7.用于在能量系统中有故障情况下运行混合动力机动车的装置，其中所述混合动力机动车由至少两个驱动机组(1，2)共同地或分开地驱动并且至少一个电的驱动机组(2)对高压能量系统(11)充电，所述高压能量系统对低压能量系统(22，23)供给电能，其中高压电压被转换成低压电压，用于供给混合动力机动车的至少一个控制单元(13，14，15，17，18) 并且在确定了高压能量系统(11)中的故障情况下该高压能量系统被与电的驱动机组O) 分离开，其特征在于，存在机构(2，20，21，M)，这些机构在分离开高压能量系统(11)之后将电的驱动机组( 置于一种产生对使用者不危急安全的电压的状态下，其中所述不危急安全的电压被转换成低压电压，以便供给至少一个控制单元(13，14，15，17，18)。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电的驱动机组( 经脉冲逆变器 (21)与一开关装置04)连接，该开关装置在高压能量系统(11)的正常的运行状态下将高压能量系统(11)与所述电的驱动机组(2)相连接并且在高压能量系统(11)有故障时断开该连接。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，一个直流电压转换器—方面引导到开关装置04)和脉冲逆变器OO)并且另一方面与低压能量系统(22，23)连接。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述直流电压转换器0 可以在第一运行模式和第二运行模式之间转换，所述第一运行模式用于将高压电压转换成低压电压，所述第二运行模式用于将不危急安全的电压转换成低压电压。
11.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述脉冲逆变器OO)如此地设计，使得它可以将施加到其上的电压在两个方向上转换。
12.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电的驱动机组(2)设计成电动机，在由监测高压能量系统(11)，尤其是高压电池(11)的电池管理控制单元(18)通知有故障情况下，所述电动机由电动机控制单元(1 从扭矩调节的运行模式转换到电压调节的运行模式，以提供不危急安全的电压。
13.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，低压能量系统(22，23)包括低压电池(22)，该低压电池经直流电压转换器被供给低压电压并且该低压电池经车载电网(23)向控制单元(13，14，15，17，18)供给低压电压。
全文摘要
本发明涉及一种用于在能量系统有故障下运行混合动力机动车的方法，其中所述混合动力机动车由至少两个驱动机组(1,2)共同地或分开地驱动并且至少一个电的驱动机组(2)对一个高压能量系统(11)充电，所述高压能量系统向一个低压能量系统(22,23)供给电能，其中高压电压被转换成低压电压，用于供给混合动力机动车的至少一个控制单元(13,14,15,17,18)并且在确定高压能量系统(11)中的故障情况下该高压能量系统与所述电的驱动机组(2)分离开，为了即使在高压能量系统有故障情况下也维持经低压能量系统对控制装置的能量供给，在分离开高压能量系统(11)之后将所述电的驱动机组(2)置于一种用于产生对使用者不危急安全的电压的状态下，其中所述不危急安全的电压被转换成低压电压，以便供给至少一个控制单元(13,14,15,17,18)。
文档编号B60L3/00GK102574473SQ201080040576
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月29日 优先权日2009年9月14日
发明者M.莱纳, N.施奈德 申请人:罗伯特·博世有限公司