车载电网和用于运行车载电网的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于机动车的车载电网、一种用于运行该车载电网的方法以及一 种具有该车载电网的机动车。
【背景技术】
[0002] 在具有内燃机的机动车中，为了给内燃机的电起动机或起动器以及机动车的另外 的电气装置供电，设置车载电网，该车载电网按标准以12V来运行。在起动内燃机的情况 下，当例如通过相应的起动器信号使开关断合时，经由该车载电网由起动器电池组给起动 内燃机的起动器提供电压。如果内燃机被起动，则该内燃机驱动发电机，该发电机于是生成 大约12V的电压，并且经由车载电网提供给机动车中的不同的耗电器。在此，发电机还对通 过起动过程被加载的起动器电池组进行再充电。如果该电池组经由车载电网被充电，则实 际电压可以处于标称电压之上、例如处于14V或14. 4V。
[0003] 已知的是，在电动和混合动力车辆中使用具有48V的标称电压的另一车载电网。
[0004] US 7, 193, 392示出一种电池组包（Batteri印ack)，该电池组包可以在该电池 组包通过HEV电动机或者通过机动车在制动过程期间的动能和势能作为发电机被驱 动时从HEV电动机获得电荷。为了将单个电池组电池以电子方式耦合到补偿转换器 (Ausgleichskonverter)上，控制单元向一对双向开关提供能量。该对开关被用于选择性地 对各个电池组电池充电和放电。
[0005] US 6, 909, 201示出用于机动车的车载电网的可切换电源架构，其中使用仅仅一种 电池组配置，以便降低结构空间、成本和复杂性。双向DC/DC转换器在低电流电网被供应电 流时充当降压转换器，并且也可以在高压电网被供应电流时在另一运行模式下充当升压转 换器。
[0006] US 8, 129, 952公开了一种具有转换电路和多个主端子的电池组系统，所述主端子 被配置为使得其可以与位于主端子之间的充电单元、充电设备和多个可再充电的相互串联 的可再充电电池组模块连接。该电池组系统具有切换电路，该切换电路被构成为使得电池 组模块中的第一个耦合到切换电路的输入端上。此外，所述模块与补偿电路连接，其中该补 偿电路被配置为使得该补偿电路由可再充电电池组模块中的第一个来供应电能。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种用于机动车的车载电网，其中该车载电网具有有至少一个低压耗 电器的低压子电网、以及有至少一个高压耗电器、起动器发电机和电池组的高压子电网，该 电池组被设立用于生成高电压并输出给高压子电网。在此规定：高压子电网经由耦合单元 与低压子电网连接，该耦合单元被设立用于从高压子电网提取能量并输送给低压子电网并 且该耦合单元此外还被设立用于从低压子电网提取能量并输送给高压子电网。此外规定： 电池组具有至少两个有电压分接头的电池组单元，所述电压分接头被引导到耦合单元上， 并且耦合单元被设立用于选择性地将电池组单元接入低压子电网和从低压子电网断开。
[0008] 该车载电网所具有的优点是，通过低压子电网可以运行根据第一低电压设计的耗 电器，并且高压子电网、即具有相对于第一电压提高的电压的子电网可用于高功率耗电器。 在此，低压子电网的供电与高压子电网中的充电和放电过程重叠。
[0009] 该车载电网既可以在固定应用中、例如在风力发电装置中使用，也可以在机动车 中、例如在混合动力和电动车辆中使用。该车载电网尤其是可以在具有起停系统的机动车 中使用。
[0010] 所介绍的系统、即该车载电网和相关控制设备、例如电池组管理系统尤其适合于 在具有48V发电机和14V起动器的机动车中使用，其中14V起动机优选地被设计用于起/停 系统。具有12V或14V电压的车载电网在本公开的范围中被称为低压车载电网。具有48V 的标称电压的车载电网也被称为高压车载电网。
[0011] 所介绍的系统尤其适合于在如下的机动车中使用：所述机动车具有用于在加速 (boost (助推)）以及回收（recuperation)制动能时进行支持的系统(助推回收系统，BRS)。 在助推回收系统的情况下，在制动过程中、在下坡行驶中或者在滑翔运行中获得电能，以便 将该电能供应给耗电器。该助推回收系统提高系统的效率，使得可以节省燃料或可以减小 排放。在此，高压子电网中的电池组可以支持内燃机，这被称为所谓的助推，或者可以在低 速度下针对短路段被用于纯电行驶，例如在驶入和驶出停车位时。
[0012] 术语"电池组"和"电池组单元"在本说明书中与通常的语言惯用法相适配地被用 于蓄电池或蓄电池单元。
[0013] 电池组包括一个或多个电池组单元，所述电池组单元可以表示电池组电池、电池 组模块、模块串（Modulstrang)或者电池组包。在此，电池组电池优选地在空间上被联合并 且以电路技术被相互连接，例如串联或并联布线成模块。多个模块可以形成所谓的电池组 直接转换器（BDC, battery direct converter)并且多个电池组直接转换器形成电池组直 接逆变器（BDI, battery direct inverter)。
[0014] 独立权利要求中所说明的主题的有利的改进方案和改善方案可以通过从属权利 要求中列举的措施来实现。
[0015] 有利的是，可选择性地接入的电池组单元分别被设计用于提供低电压。因此电池 组单元可以交替地被要求提供低电压，例如以便支持起停系统，这导致电池组单元的提高 的寿命。
[0016] 根据一种优选的实施方式，耦合单元具有双向开关，借助于所述双向开关可以选 择性地将电池组单元接入低压子电网和从低压子电网断开。双向开关具有两个接线端子， 借助所述接线端子将所述双向开关合并到相应线路中。所述双向开关可以经由第三接线端 子被转换到第一状态"通"和第二状态"断"中。双向开关优选地在第一状态"通"下能够实 现两个方向上、即相对于双向开关的将其合并到相应线路中所借助的接线端子而言的两个 方向上的电流流动。此外，双向开关优选地在第二状态"断"下采取（aufnehmen)两种极性 的截止电压。
[0017] 在将电池组单元接入到低压子电网中时，优选地操作至少一个双向开关。特别优 选地操作两个双向开关。在将电池组单元从低压子电网切断时，同样优选地操作至少一个 双向开关、特别优选地操作两个双向开关。
[0018] 电池组单元相对于高压电网而言被串联、即相互串联。
[0019] 在一种实施方式中规定：低压子电网具有电压缓冲设备，以便在耦合单元中的切 换过程中给低压子电网供应电流，使得在低压子电网中不出现不容许地高的电压扰动。如 果为此使用高功率蓄能器，则该高功率蓄能器可以在耦合单元的持续时间短的切换过程中 没有问题地缓冲低压子电网中的电压。如果作为电压缓冲设备使用电容器，则该电容器优 选地如下被确定尺寸：
其中i_是在切换过程期间应当在低压子电网中流动的最大车载电网电流，t_halt是 没有电池组单元可用于供电的时长，并且AUniax是在切换过程期间车载电网电压的最大容 许的改变。电容器因此适合于作为电荷存储器，该电荷存储器被设立用于至少短期地生成 低电压并且输出给低压子电网。
[0020] 优选地规定：低压子电网具有外部起动控制点（FremdstartstUtzpunkt)。如果电 池组例如由于非常长的静止时间而被放电到了如下程度，即车辆的起动不再能够进行，则 存在经由低压子电网对电池组进行充电的可能性。为此使用外部起动控制点，以便将低压 子电网与其它车辆耦合或者连接充电设备。经由耦合单元，于是可以相继地将电池组的电 池组单元与低压子电网电连接并进行充电。以这种方式，整个电池组可以顺序地被充电并 且接着表示车辆起动。对于充电功能来说需要親合单元支持双向能量流。这基于双向开关 利用根据本发明的装置来给定。
[0021] 该车载电网优选地具有用于为了连接电池组单元而控制耦合单元的控制设备。该 控制设备例如可以是分配给电池组的电池组管理系统，该电池组管理系统例如包括另外的 功能单元，这些功能单元被设立用于检测、处理关于电池组或电池组单元的温度、所提供的 电压、所输出的电流和充电状态的测量数据并且借助于这些参量实现提高电池组系统的寿 命、可靠性和安全性的管理功能。
[0022] 用于控制耦合单元的控制单元可以具有计算机程序，该计算机程序可以存储在机 器可读存储介质上、譬如持久或可重写存储介质上、或者在向计算机设备的分配中、例如便 携式存储器、比如⑶_R〇M、DVD、蓝光光盘、USB棒或存储卡上。附加地或者替代于此地，该计 算机程序可以在计算机设备上、譬如在服务器或云服务器上提供以便例如经由诸如因特网 之类的数据