用于机动车辆的电力网络的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括至少一个瞬态地自身激活的高功率部件。更特别地，本发明涉及一种电力网络，其还包括发电机、存储由所述发电机产生的电能的能量存储部，以及确保例如通风和照明功能的车辆的能量消耗装置(下文中称作“电力消耗部”)。
【背景技术】
[0002]在本申请的背景中，高功率部件意味着一种电力消耗部，其要求的电功率大于能量消耗装置的电功率。特别地，高功率部件可瞬态地要求大量的电能，例如当其被激活时。例如，高功率消耗部可包括消耗高电流持续有限的持续时间的任何功率部件，所述高电流在400-500A的量级，所述持续时间在O到1s之间(在部件的瞬态激活时段期间)。
[0003]在本申请的背景中，功率存储部的意思是具有高功率密度的任何能量存储部。例如，功率存储部是一种其P/E (功率/能量)比率大于预定值(例如P/E>20)的能量存储部。
[0004]当高功率部件激活时，在车辆的电力网络上瞬态地产生高电流牵引(draw)。所牵引电流的强度取决于由该高功率部件所要求的、用于其激活的希望响应时间。作为示例，当电力增压器(supercharger)激活时，所述增压器的祸轮机的旋转速度必须在350ms中从4000RPM升至70000RPM。激活所要求的功率可以在I到7kW之间。因此，这样的部件在其激活的时刻要求相当大的电功率。现在，不希望的是，为了避免高电流牵引而降低部件的性能。在这样的功率部件的起动(start-up)阶段期间所要求的能量由能量存储部提供，而不是由发电机提供，因为发电机的响应时间通常长于高功率部件的响应时间。然而，车辆电力网络的能量存储部在电压上是有限的。对于车辆电池来说，电池电压优选地在12V左右。该电压不足以用于最优地确保高功率部件的激活和其他能量消耗部的供电二者。
[0005]实际上，高功率部件的激活引起电力网络上电压的下降，这可以导致车辆的其他消耗装置的断电或故障。这些以高于最小电压阈值的电压操作的消耗装置可以是车辆安全或舒适部件，例如车辆的前大灯。为了车辆乘客的安全，它们的操作必须随时被确保。
[0006]此外，由于高功率部件由车辆网络的能量存储部供电，所以能量存储部的寿命通过其在高功率部件激活时所必须经受的高电流牵引而减少。因此需要将具有更大功率的电池安装到车载网络上，但是这将涉及高成本。
【发明内容】
[0007]本发明旨在弥补上述缺陷中的全部或一些，并且特别是提出一种用于机动车辆的更便宜的电力网络，所述电力网络被保护而免受在高功率部件激活时压降的影响，同时不有损于网络能量存储部的性能或其寿命。
[0008]因此，本发明的一个方面涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括:
[0009]-第一电力网络，所述第一电力网络包括，并联地:
[0010]-发电机；
[0011]-第一能量存储部；
[0012]-至少一个电力消耗部；
[0013]-第二电力网络，所述第二电力网络包括，并联地:
[0014]-第二能量存储部；
[0015]-第二电力消耗部；
[0016]-DC/DC转换器，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部充电；
[0017]其特征在于，所述电力网络还包括在第一子网络和第二子网络之间的开关器件，所述开关器件被配置为当跨第二能量存储部的端子的电压变得与跨第一能量存储部的端子的电压相等时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电给第二消耗部。
[0018]所述网络因此包括第一电力子网络，其意图用于车辆第一电力能量消耗部，还被称作车辆的电力充电部，要求稳定的、并且由能量存储部或由发电机供应的电压。所述网络还包括第二电力子网络，其意图用于第二消耗部。第二消耗部特别地是一种引起电压下降的部件，例如瞬态地自身激活的高功率部件。第一子网络通过电力网络的DC/DC转换器而与第二子网络隔离。第二子网络的能量存储部借助于DC/DC转换器通过第一子网络的发电机或能量存储部而被充电。第二能量存储部因此可以在第二部件的激活时，供电给所述第二部件以足够的电压。特别地，DC/DC转换器将其在输入端处遇到的电压(即第一电力子网络的电压)放大。在标准车辆的情况下，第一电力子网络的电压在12V左右。第二能量存储部在布置在第二电力子网络中的第二部件的基础上被设置尺寸。在第一子网络通过DC/DC转换器而与第二子网络隔离时，所述第一子网络不被发生在第二部件激活时的压降所影响。
[0019]特别地，第一能量存储部被配置为供电给第一电力消耗部。特别地，第二能量存储部被配置为供电给第二电力消耗部。
[0020]例如，第一电力子网络被链接至DC/DC转换器的输入端，并且第二电力子网络被链接至DC/DC转换器的输出端。
[0021]特别地，开关器件将DC/DC转换器的输入端连接至DC/DC转换器的输出端。如果第二部件的激活是长的或者如果第二能量存储部过快地放电，即当激活第二部件所要求的能量大于第二能量存储部中可以使用的能量时，则开关器件允许供电从第二部件转换至第一子网络，并且因此转换至发电机。因此，发电机可以接管并且确保用于第二部件的激活阶段的剩余部分的供电。功率从第二部件转换至第一子网络是通过闭合开关器件而实现的。所述开关器件的闭合可以通过控制器件实现，所述控制器件，例如，由跨第二子网络的能量存储部的端子的电压的传感器来控制。
[0022]除了刚刚在先前段落中提及的主要特征之外，根据本发明的电力网络可以具有下列中的一个或多个互补的特征，所述互补的特征个体地考虑或根据技术上可能的组合考虑:
[0023]-第二能量存储部具有的存储容量大于第一能量存储部的存储容量，并且第二电力消耗部具有的电功率大于第一电力消耗部具有的电功率；
[0024]-特别地，第二部件是高功率部件，特别是电力增压器；
[0025]-第二能量存储部是功率存储部，特别是超级电容器(super-condenser)。超级电容器是特别良好地适于在有限的时间量期间供给高功率的功率存储部。此外，与存在于机动车辆的电力网络上的电池类型能量存储部不同，超级电容器还具有能够承受无限次的充电/放电循环的优势。特别地，电容器的数量和它们的特征在激活第二电力子网络的部件所要求的功率的基础上被设定(dimens1ned)。超级电容器的充电还具有快速的优势，这允许第二部件的激活阶段在有限的时间量内一个跟随另一个，特别是在高功率部件的情况下。充电时间可以取决于超级电容器的容量、再充电电流以及Vmax/Vmin电压差。例如，对于300A的电流，需要大约20s来将2000个燃料电池单元(F_cell)从OV充电至2.7V(2.7V是该电池单元的最大电压)；
[0026]-第二电力子网络包括并联的电连接，所述电连接包括第三电力消耗部。第二电力子网络可以意图用于机动车辆的电力网络的多个消耗部，所述消耗部在它们的激活期间引起压降并且可能干扰第一电力子网络；
[0027]-第二电力子网络包括第二开关器件，所述第二开关器件配置为选择性地隔离和连接至第二能量存储部和第二电力消耗部的并联连接；
[0028]-第一开关器件借助于所述并联连接的端子连接至第二子网络；
[0029]-第三部件是起动器。起动器在第二电力子网络中并联的布置防止在起动车辆时车载网络上压降的出现，特别地是第一子网络。
[0030]在这种情况下，超级电容器优选地设定为能够在高功率部