用于向机动车辆的车辆电气系统供应电压的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于向机动车辆的车辆电气系统(1)供应电压的方法，所述车辆电气系统具有：第一部分网络(2)，在其中适用第一标称电压(U1)，并且其包括用于电能的第一储能装置(5)和借助于至少一个消耗装置(9)形成的负载电阻；以及第二部分网络(3)，在其中适用第二标称电压(U2)，并且其包括可在电机模式和发电机模式下操作的电力机械(8)以及用于电能的第二储能装置(6)，其中，第一部分网络和第二部分网络(2,3)通过第一DC转换器(4)彼此连接。
【专利说明】
用于向机动车辆的车辆电气系统供应电压的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种用于向机动车辆的车辆电气系统供应电压的方法，其中，该车辆电气系统包括通过DC转换器连接的两个部分网络，并且在各自情况下，电能储存装置设置在所述部分网络中。
【背景技术】
[0002]消耗少量功率的消耗装置一般连接至具有相对低的标称电压(例如24V)的第一部分网络。除了第二储能装置和用于驱动车辆和/或协助驱动车辆的电力机械之外，消耗大量功率的另外的消耗装置可以连接至具有相对高的标称电压(例如48V)的第二部分网络。
[0003]该类型的车辆电气系统特别用于轻度混合动力车辆、混合动力车辆或者电动车辆，其中，将电力机械设置为用于以已知的方式驱动和/或协助驱动单独的部分网络中的车辆的优点在于:不必利用常规的车辆电气系统的电压(例如，12 V或者24 V)而是利用通常更高的不同操作电压来操作电力机械。另外，在常规的部分车辆电气系统中，消耗装置可以得到更好的保护，免受由于操作电力机械而产生的电压波动的影响。
[0004]例如，在公开文献AT 512 132 Al中公开了该类型的车辆电气系统。所述文献还公开了可能以选择性方式借助于电力机械的发电机模式或者直接从第二部分网络中的储能装置中的能量存储通过DC转换器从第二部分网络对在第一部分网络中消耗少量功率的消耗装置供电。
[0005]然而，储能装置是相对较贵并且较重的部件，其另外需要较大的安装空间，使得用于基于已知的车辆电气系统和操作方法供应电压的已知方法与关于成本、重量以及安装空间的对应缺点相关联。
[0006]因此，本发明的目的在于提供用于向该类型的车辆电气系统供应电压的改进方法，所述方法能够避免或者至少减少常规技术的缺点。
【发明内容】
[0007]这些目的根据具有独立权利要求的特征的方法实现。本发明的有利实施例和应用在从属权利要求中显而易见，并且在下文的描述中部分地参照附图进一步阐释。
[0008]本发明基于的技术知识在于，如果向第一部分网络周期性地供应来自第二部分网络的电压或者电能，则第一部分网络中的储能装置可以体现得较小，并且第一储能装置仅用于在车辆处于驱动操作中时暂时对第一部分网络供电，和/或在车辆停车时对第一部分网络供电。特别是如果所述储能装置体现得较小，当车辆停车时，为了防止第一储能装置放电过于强烈(例如，由于储能装置的自放电或者由于第二部分网络中的待机电流)，建议在车辆停车时周期性地或者按需要借助于第二储能装置对所述储能装置再充电。
[0009]根据本发明，提出了一种用于向机动车辆的车辆电气系统供电的方法。该车辆电气系统包括第一部分网络，在第一部分网络中适用第一标称电压，并且在第一部分网络中，设置了用于电能的第一储能装置和形成负载电阻的多个连接的消耗装置。另外，该车辆电气系统包括第二部分网络，在第二部分网络中适用第二标称电压，并且第二部分网络包括可在电机模式和发电机模式下操作的用于提供电驱动能的电力机械和用于电能的第二储能装置。第二储能装置优选为用于向电力机械供应电驱动能的牵引能量储存装置，例如，锂离子可充电电池。第一部分网络和第二部分网络通过第一 DC转换器彼此连接。可能将另外的储能装置连接至车辆电气系统。另外，车辆电气系统可以包括另外的部分网络，例如，商用车辆的拖车电网络。
[0010]根据一般方面，该方法包括以下步骤:
当车辆处于驱动操作中时，通过第一 DC转换器从第二部分网络向第一部分网络供应电压，其中，可以使用第一储能装置以便覆盖负载峰值。可以从第二储能装置提取用于对第一部分网络供电的电能，或者，如果所述电力机械处于发电机模式，则该电能可以由电力机械提供。换言之，如果可能的话，因此总是通过第二部分网络向第一部分网络供应电能。第一储能装置仅在负载峰值期间(换言之，在第二部分网络不能为第一部分网络提供足够能量或者如果第一部分网络的能量供应由第二部分网络干扰的阶段)用作缓冲。因此，仅在负载峰值期间或者短期内不能由第二部分网络提供能量的情况下提供来自第一储能装置的用于操作第一部分网络中的负载需求的能量，从而使得一般仅在短期内需要第一储能装置以便对第一部分网络中的消耗装置供应电压。这提供的优点在于，第一储能装置可以体现为用于存储较少量的能量，并且因此，体现为更有成本效率、更轻以及在结构上更紧凑的构件。
[0011]当车辆不处于驱动操作中时，换言之，当车辆停车时，通过第一储能装置向第一部分网络供应电压。当车辆停车时，与车辆处于驱动操作中时相比，车辆电气系统消耗装置的负载需求一般特别低。
[0012]另外，根据本发明，然后利用来自第二储能装置的能量对第一储能装置再充电，其中，对第一储能装置周期性地再充电，和/或如果所监测的为第一储能装置的电荷状态的测量结果的参数指示第一储能装置的电荷状态低于预定最小电荷状态，则然后对其再充电。
[0013]特别地，当车辆不处于驱动操作中时，换言之，当车辆停车时，仍对第一储能装置再充电。因此，当已经停车较长的时间段时，在第一部分网络中可以避免储能装置的自放电过高或者避免借助于待机电流的放电过高，特别是如果第一储能装置仅体现为用于存储较少量的能量。过于强烈的放电可导致不再可能起动车辆的控制装置，或者，如果起动器设置在第一部分网络中，则可导致不再可能起动车辆。另外，过于强烈的放电可导致对第一储能装置的使用寿命的负面影响。
[0014]用语“当车辆不处于驱动操作中”应理解为在其中车辆停车的状态，换言之，在其中驱动电机和点火装置关闭。在该状态下，一般停用第二部分网络和DC转换器。
[0015]例如，可以将停车视为锁车、关闭点火装置，和/或借助于其他适当的可从其推断出驾驶员已经停车以及另一驱动操作不会立即可能发生的参数。
[0016]根据第一示例性实施例，当车辆不处于驱动操作中时，暂时启用第一DC转换器和第二部分网络用于再充电过程，以便对第一储能装置再充电。如上所述，当车辆不处于驱动操作中时，通常停用第二部分网络、其中的构件以及第一 DC转换器。然而，为了使能量从第二储能装置传输至第一储能装置用于再充电过程，在能量传输期间必须启用DC转换器和第二部分网络，包括该过程所需的控制装置，例如，用于控制第一 DC转换器的控制装置。该变型提供的优点在于，当车辆停车时，为了使其可能对第一储能装置再充电，不需要额外的构件。然而，该变型的一个缺点在于，启用第二部分网络和DC转换器向连接至第二部分网络的构件提供了电压并且所述构件可以引出电流。这可能是危险的，特别是如果第二部分网络中的标称电压是高电压的话。
[0017]根据第二示例性实施例，如果再充电过程在车辆不处于驱动操作中时执行，则可以避免这些缺点。根据第二示例性实施例，第二储能装置可以通过第二DC转换器直接连接至第一储能装置，其中，当车辆不处于驱动操作中时，启用第二DC转换器以便对第一储能装置再充电，使得通过第二 DC转换器将第一储能装置直接连接至第二储能装置并且从第二储能装置供能。
根据该变型，再充电电流并非通过第二部分网络和第一 DC转换器从第二储能装置供应到第一部分网络中，而是通过第二 DC转换器和线路直接引至第一储能装置，从而使得不必启用第一 DC转换器和第二部分网络用于再充电过程，并且优选地也不启用所述第一 DC转换器和第二部分网络。
[0018]在该示例性实施例的有利变型的情况下，第二DC转换器设置在第二储能装置上和/或在结构上集成到第二储能装置中。该变型提供的优点在于，在再充电过程期间，优选地高于第一标称电压的第二标称电压保持封装在第二储能装置中，这是由于充电电压借助于第二 DC转换器在第二储能装置处直接转换为第一储能装置的充电电压或者第一部分网络的标称电压。
[0019]由于一般仅需要通过所述第二DC转换器来平衡第一部分网络中的待机电流和第一储能装置的自放电，因此，对于功率要求而言，第二DC转换器可以体现得小于第一DC转换器。因此，第二 DC转换器可以以具有成本效率的方式体现。
[0020]根据本发明的进一步的方面，该机动车辆可以是轻度混合动力车辆、混合动力车辆或者电动车辆。第一部分网络中的标称电压可以为例如12 V(客车)或者24 V(商用车辆)。第二部分网络的标称电压优选地大于第一部分网络的标称电压，并且可以为例如48 V或者高电压。然而，两个部分网络的电压的特定实施例对于本发明的实施例来说不重要。
[0021]第一储能装置的储存容量优选地小于第二储能装置的储存容量。第一储能装置可以为铅酸电池或者铅酸可充电电池。然而，由于根据本发明的方法使得第一部分网络中的储存装置的较小的实施例成为可能，因此，强调其他储存类型也可能用于第一储能装置。
[0022]本发明的进一步的方面涉及一种机动车辆，特别是包括如上所述的车辆电气系统的商用车辆，以及控制装置，该控制装置配置为执行如本文所公开的用于对车辆电气系统供应电压的方法。
【附图说明】
[0023]关于附图对本发明的进一步的细节和优点进行了描述。在附图中:
图1图示了具有两个部分网络的车辆电气系统的示意性框图；
图2图示了根据本发明的实施例的具有两个部分网络的车辆和额外的DC转换器的示意性框图；
图3A和图3B图示了根据本发明的实施例的当车辆处于驱动操作中时用于借助于第二部分网络对第一部分网络供应电压的方法； 图4图示了根据本发明的实施例的当车辆不处于驱动操作中时用于对第一部分网络供应电压的方法；
图5A图示了根据本发明的实施例的当车辆不处于驱动操作中时第一部分网络中的储能装置的再充电过程;以及
图5B图示了根据本发明的进一步的实施例的当车辆不处于驱动操作中时第一部分网络中的储能装置的再充电过程。
[0024]在所有附图中，利用相同的参考标号描述相同或者等同的构件。
[0025]参考标号列表 I车辆电气系统
2第一部分车辆电气系统 3第二部分车辆电气系统
4DC转换器 5储能装置 6储能装置 7变换器 8电力机械 9耗电装置 10 DC转换器 11控制单元 12控制线路。
【具体实施方式】
[0026]图1示意性地图示了车辆特别是商用车辆的车辆电气系统I的示例性实施例。车辆电气系统I按照本来已知的方式包括两个部分网络2、3:
其中适用第一网络电压Ul(例如24 V)的第一部分网络2包括，例如为铅酸电池的形式的第一储能装置5和负载电阻。负载电阻借助于至少一个、一般为多个消耗装置9形成。第一部分网络2中的消耗装置需要恒定的电压供应。
[0027]另外，车辆电气系统包括第二部分网络3，在第二部分网络3中适用第二网络电压U2(例如48 V)，并且提供了可以在发电机模式和电机模式下操作的电力机械8，例如，起动器发电机，所述电力机械通过变换器7连接至部分网络3。电力机械8在电机模式下为传动系统提供驱动功率。另外，第二储能装置6设置在第二部分网络3中。第二储能装置6体现为存储由电力机械8在发电机模式或者恢复模式下生成的电荷。在电机模式下，从储能装置6向电力机械8供应电能。例如，储能装置6可以体现为锂离子可充电电池。另外，一个或者多个消耗装置(未图示)可以可选地连接在第二部分网络3中。两个部分网络2和3可以接地。
[0028]另外，车辆电网I包括DC转换器(DC/DC转换器)4，DC转换器4按照已知的方式使第一部分网络2连接至第二部分网络3，从而可以将能量从第二部分网络3传输到第一部分网络2中。DC转换器4还可以体现为双向的。
[0029]借助于控制单元11采取对车辆电气系统I的控制，控制单元11通过对应的信号和测量线路12连接至车辆电气系统I的对应部件，以便确保第一部分网络2的供电足够恒定。另外，控制单元通过控制线路(未图示)连接至电力机械8，以便控制其功率输出。另外，控制单元可以通过控制线路连接至单独的消耗装置(未图示)，以便按需要断开或者连接所述消耗装置。
[0030]控制单元11特别体现为控制两个部分网络2、3的电压供应。如果车辆处于驱动操作中，则通过DC转换器4从第二部分网络3给第一部分网络2供应电压，为此，DC转换器4因此由控制单元11控制。在图3A和图3B中图示了当车辆处于驱动操作中时第一部分网络的供电。
[0031]用于对第一部分网络2供电的电能可以从第二储能装置6提取，如图3A中所示，或者，如果所述电力机械处于发电机操作中，则该电能可由电力机械提供，如图3B中所示。用粗体表示的箭头示意性地图示了能量流，其同样适用于图4、图5A以及图5B。
[0032]根据图3A中所示的变型，储能装置6对处于电机模式下的电力机械8以及第一部分网络2两者供电。根据图3B中所示的变型，由机器8在发电机模式下生成的电能向储能装置6以及第一部分网络两者供电。
[0033]当车辆处于驱动操作中时，如果可能的话，因此总是通过第二部分网络3向第一部分网络2供应电能。第一部分网络中的储能装置5仅在负载峰值期间(换言之，在第二部分网络3不能为第一部分网络2提供足够的能量的阶段或者如果第一部分网络2的能量供应由第二部分网络3干扰)用作缓冲。因此，仅在负载峰值期间或者在短期内不能从第二部分网络提供能量的情况下从第一储能装置5提供能量，以便满足第一部分网络中的负载需求。第一储能装置5因此体现为用于相对少量的能量储存量。当车辆处于驱动操作中时，对第一储能装置5周期性地再充电，或者，当电荷状态低于最小电荷状态时，利用来自第二部分网络3的能量对其再充电。
[0034]当车辆不处于驱动操作中时，换言之，当驱动电机停止或者关闭时，一般停用电压转换器4和控制器11。当不处于驱动操作中时，在负载需求期间，可以通过第一储能装置5对第一部分网络供应电压，如图4中所示。用于该类型的负载需求的一个示例可以是恢复驱动操作的控制装置的起动或者是可以设置在第一部分网络中的起动器电机的起动。
[0035]另外，在停车状态下对第一储能装置的电荷状态进行监测。如果第一储能装置5的电荷状态低于最小电荷状态的预定阈值(例如，由于第一部分网络2中的待机电流或者由于储能装置5的自放电)，则开始再充电过程。当车辆处于驱动操作中时，利用来自第二储能装置6的能量对第一储能装置5再充电。
[0036]图5A中图示了用于执行再充电过程的第一种可能性。
[0037]当不处于驱动模式下时，根据图5A中所示的变型，在再充电过程的持续时间期间，启用控制装置11和DC转换器4，从而使能量可以从第二储能装置6流到第一储能装置5中。
[0038]在停车状态下所需的能量通常适当小，使得尽管第一储能装置5的容量小，但关于再充电过程的间隔可能较大，并且，尽管如此，再充电时间较短。
[0039]图2图示了车辆电气系统I的进一步的实施例。此处特别的特征在于:第二储能装置6可以通过额外的DC转换器10直接连接至第一储能装置5。对于功率要求而言，额外的DC转换器相比DC转换器4体现得较小，并且由此更有成本效率。额外的DC转换器10在结构上集成到第二储能装置5中，从而当启用额外的DC转换器10时，在第二储能装置处直接将存储在储能装置6中的电能向下转换为标称电压Ul，并且然后，可以通过线路11将其传输至第一储能装置5，以便对所述装置充电。
[0040]根据该变型，当车辆处于驱动操作中时，按照如第一示例性实施例中的且在图3A和图3B中所示的相同方式对第一部分网络供电。然而，根据图5B中所示的变型，当车辆不处于驱动操作中时，对已放电的第一储能装置5再充电。
[0041]当车辆不处于驱动操作中时，在对第一储能装置5的电荷状态进行监测时，如果其指示第一储能装置5的电荷状态已经低于最小电荷状态的预定阈值，则开始再充电过程。启用额外的DC转换器10并且利用来自第二储能装置6的能量通过线路11直接对第一储能装置5充电。
[0042]根据该变型，因此不必启用第一DC转换器和第二部分网络3来对第一储能装置5再充电，从而使连接至所述DC转换器和所述第二部分网络的部件不能消耗电流。
[0043]可以借助于第二DC转换器10利用来自第二储能装置6的低电压(例如24V)直接对第一储能装置5供电。
[0044]虽然已经参照特定的示例性实施例对本发明进行了描述，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种更改并且可以使用各种等同物。另外，在不脱离相关联的范围的情况下，可以进行许多修改。因此，本发明不限于所公开的示例性实施例，而是包括落在所附专利权利要求的范围内的所有示例性实施例。特别地，本发明还要求独立于通过引用的方式所包括的权利要求来保护从属权利要求的主题和特征。
【主权项】
1.一种用于向机动车辆的车辆电气系统(I)供应电压的方法，所述车辆电气系统具有:第一部分网络(2)，在所述第一部分网络(2)中适用第一标称电压(Ul)，并且所述第一部分网络(2)包括用于电能的第一储能装置(5)和借助于至少一个消耗装置(9)形成的负载电阻；以及第二部分网络(3)，在所述第二部分网络(3)中适用第二标称电压(U2)，并且所述第二部分网络(3)包括可在电机模式和发电机模式下操作的电力机械(8)和用于电能的第二储能装置(6)，其中，所述第一部分网络和第二部分网络(2，3)通过第一 DC转换器(4)彼此连接，其中，所述方法包括以下步骤: 一当所述车辆处于驱动操作中时，通过所述第一 DC转换器(4)从所述第二部分网络(3)向所述第一部分网络(2)供应电压，其中，所述第一储能装置(5)用于覆盖负载峰值； 一当所述车辆不处于驱动操作中时，通过所述第一储能装置(5)向所述第一部分网络(2)供应电压；以及 一当所述车辆不处于驱动操作中时，利用来自所述第二储能装置(6)的能量对所述第一储能装置(5)再充电，其中，对所述储能装置(5)周期性地再充电，和/或如果所监测的为所述第一储能装置(5)的电荷状态的测量结果的参数指示所述第一储能装置(5)的电荷状态低于预定最小电荷状态，则然后对其再充电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述车辆不处于驱动操作中时，启用所述第一 DC转换器(4)和所述第二部分网络(3)用于再充电过程，以便对所述第一储能装置(5)再充电。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二储能装置(6)可以通过第二DC转换器(10)直接连接至所述第一储能装置(5)，其中，当所述车辆不处于驱动操作中时，启用所述第二DC转换器(10)用于对所述第一储能装置(5)再充电，以便通过所述第二DC转换器(10)使所述第一储能装置(5)直接连接至所述第二储能装置(6)并且从所述第二储能装置(6)供能。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二DC转换器(10)设置在所述第二储能装置(6)上和/或在结构上集成到所述第二储能装置(6)中。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，对于功率要求而言，所述第二DC转换器(10)体现得小于所述第一DC转换器(4)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， (a)所述机动车辆是轻度混合动力车辆、混合动力车辆或者电动车辆，且所述第二储能装置(6)是用于对所述电力机械(8)供电的牵引能量储存装置，和/或 (b)所述第一标称电压(Ul)为12V或者24 V和/或所述第二标称电压(U2)大于所述第一标称电压(Ul)，和/或 (c)所述第一储能装置(5)的储存容量小于所述第二储能装置(6)的储存容量。7.根据前述权利要求中任一项所要求的方法，其特征在于，所述第一储能装置(5)为铅酸电池或者铅酸可充电电池、超大容量储存装置或者锂离子可充电电池。8.一种机动车辆，特别是商用车辆，包括: (a)车辆电气系统(I)，其具有:第一部分网络(2)，在所述第一部分网络(2)中适用第一标称电压(Ul)，并且所述第一部分网络(2)包括用于电能的第一储能装置(5)和借助于多个消耗装置(9)形成的负载电阻；以及第二部分网络(3)，在所述第二部分网络(3)中适用第二标称电压(U2)，并且所述第二部分网络(3)包括可在电机模式和发电机模式下操作的电力机械(8)和用于电能的第二储能装置(6)，其中，所述第一部分网络和第二部分网络(2，3)通过第一DC转换器(4)彼此连接，以及 (b)控制装置(11)，其配置为执行根据权利要求1至8中任一项所述的用于对车辆电气系统供电的方法。
【文档编号】B60L1/00GK105966248SQ201610138295
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】S.佐博尔
【申请人】曼卡车和巴士股份公司