用于汽车的车载电网的制作方法
【专利摘要】本申请的主题涉及一种用于汽车的车载电网（1），其具有带第一工作电压U1的第一车载电网分支（2），其中，第一车载电网分支（2）具有第一蓄能器（3）和第一电负载（4）。车载电网（1）还具有带第二工作电压U2的第二车载电网分支（5），其中，第二车载电网分支（5）具有第二蓄能器（6）。车载电网（1）还具有带第三工作电压U3的第三车载电网分支（7），其中，第三车载电网分支（7）具有第三电负载（8）。车载电网（1）还具有DC/DC变换器（9），其被设计用于至少在第一车载电网分支（2）和第二车载电网分支（5）之间双向地传输能量。车载电网（1）还具有第一开关装置（10）。第一蓄能器（3）和第二蓄能器（6）通过第一开关装置（10）可相互电串联，从而第三工作电压U3可通过第一工作电压U1和第二工作电压U2一起提供。
【专利说明】用于汽车的车载电网
[0001]本发明涉及一种用于汽车的车载电网和一种带有车载电网的汽车。
[0002]由02 10 2009 008 255八1已知一种用于稳定机动车或商用车的车载能量网的方法。在该方法的工作中，在第一车载电网分支上施加第一电压，其中，在第一车载电网分支上连接着第一蓄能器、用于给第一蓄能器馈电的发电机和至少一个第一负载。在第二车载电网分支上施加比第一电压高的第二电压，其中，在第二车载电网分支上连接着第二蓄能器、用于给第二蓄能器馈电的还与第一车载电网分支耦接的充电单元和至少一个第二负载，其中，第一和第二蓄能器为了产生第二电压而彼此串联连接。为了控制充电单元的输出电压和输出电流，利用相应的测量元件来至少检测第一和第二电压，从中求取并产生用于第二蓄能器的充电电流。最后，利用非线性的部件对所检测的第一和/或第二电压进行调节，从而在第一电压过高时增加从第一车载电网分支取用的能量，而在第一电压突降时减少从第一车载电网分支取用的能量，充电单元以此方式对第二蓄能器充电。
[0003]本发明的目的在于，提出一种用于汽车的车载电网和一种带有车载电网的汽车，它们能实现进一步改善电压稳定。
[0004]该目的通过独立权利要求的主题得以实现。有利的改进可由从属权利要求得到。
[0005]根据本申请的一个方面，用于汽车的车载电网具有带第一工作电压％的第一车载电网分支，其中，第一车载电网分支具有第一蓄能器和第一电负载。车载电网还具有带第二工作电压队的第二车载电网分支，其中，第二车载电网分支具有第二蓄能器。车载电网还具有带第三工作电压％的第三车载电网分支，其中，第三车载电网分支具有第三电负载。车载电网还具有0(:/0(:变换器，其被设计用于至少在第一车载电网分支和第二车载电网分支之间双向地传输能量。车载电网还具有第一开关装置。第一蓄能器和第二蓄能器通过第一开关装置可相互电串联，从而第三工作电压4可通过第一工作电压I和第二工作电压队一起提供。
[0006]根据一种设计，00/00变换器被设计用于至少在第一车载电网分支、第二车载电网分支和第三车载电网分支之间双向地传输能量。“在第一车载电网分支、第二车载电网分支和第三车载电网分支之间双向地传输能量”，这在此及在下面系指，电能从所述的三个车载电网分支中的至少一个分支传输到其余的两个车载电网分支中的至少一个分支中，其中，这适用于所述的全部车载电网分支，也就是说，可以在所述车载电网分支之间沿任何方向进行能量交换。在此，也可以间接地借助0(:/0(:变换器进行双向的能量传输，也就是说，可以借助0(:/0(:变换器将能量传输到一个车载电网分支中，该车载电网分支与另一车载电网分支电连接，由此也将能量传输到该另一车载电网分支中。
[0007]根据所述实施方式的车载电网分支能实现在汽车的不同工作状态下进一步改善电压稳定性。电压稳定在此特别是通过设置如下详述的双向的0(:/0(:变换器来实现。此外，除了第一工作电压％和第二工作电压队外还提供第三工作电压％所需的蓄能器的数量可以采用有利的方式得到减少。利用第一工作电压I和第二工作电压队一起来提供第三工作电压4就可实现此点。在这种情况下，提供第一工作电压I的第一蓄能器和提供第二工作电压队的第二蓄能器，一起提供了第三工作电压4，如果它们通过第一开关装置相互电串联。由此无需在第三车载电网分支上设置用于提供第三工作电压％的单独的蓄能器。
[0008]在一种实施方式中，第一工作电压％和第二工作电压队满足关系队? V”例如，I为12乂，而口2为36乂。这样就能在第一和第二蓄能器串联时提供487的第三工作电压口3。
[0009]第三车载电网分支还可以具有电机器特别是起动器发电机。该电机器还可以特别是被设计成汽车的驱动电机，也就是说，在相应地工作时提供电动机，其形成汽车的驱动机组。
[0010]根据一种实施方式，车载电网还具有带第四工作电压队的第四车载电网分支，其中，第四车载电网分支具有第四电负载。第四车载电网分支还可以具有第三蓄能器。第四工作电压队优选等于第一工作电压I，也就是说，优选1= I。例如，第一工作电压I以及第四工作电压1均可以为12乂。
[0011]按照一种实施方式，车载电网还具有第二开关装置，其中，第一车载电网分支和第四车载电网分支通过第二开关装置可电耦接。在此，“可电耦接”在这里及在下面系指，相应的电耦接的组件可以相互电连接。由此可以在所述实施方式中在第一车载电网分支和第四车载电网分支之间进行能量交换。这也能以有利的方式实现进一步改善车载电网工作中的电压稳定性。
[0012]按照另一种实施方式，第一蓄能器和第二蓄能器通过第一开关装置且通过第二开关装置可相互电串联。
[0013]第一车载电网分支还可以具有汽车的内燃机的起动器和/或起动器发电机。起动器特别是可以设计成小齿轮起动器或者皮带式起动器。此外，第四车载电网分支可以具有发电机。
[0014]根据一种实施方式，第一蓄能器、第二蓄能器和优选第三蓄能器以及0(:/0(:变换器、第一开关装置和第二开关装置是控制单元的组成部分，其也称为控制单元。由此可以在控制单元形式的唯一的模块内提供所述组件。该控制单元在此优选具有四个接头。
[0015]车载电网还优选具有被设计用来控制第一开关装置的第一控制单元以及被设计用来控制第二开关装置的第二控制单元和被设计用来控制0(:/0(:变换器的第三控制单元。在此，按照车载电网的一种设计，第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元是控制单元的组成部分。
[0016]第一开关装置和/或第二开关装置优选选自由继电器和半导体开关特别是开关构成的组。由此可以通过相应的开关装置以简单而可靠的方式对车载电网的相应的组件进行电耦接或者分离。
[0017]按照另一实施方式，0(:/0(:变换器被设计成同步变换器。由此可以采用简单的方式实现在第一车载电网分支、第二车载电网分支和第三车载电网分支以及有时还有第四车载电网分支之间的能量传输。
[0018]第一蓄能器、第二蓄能器和/或第三蓄能器例如选自由至少一个蓄电池特别是至少一个锂离子蓄电池或至少一个铅酸蓄电池和至少一个电容器特别是至少一个双层电容器构成的组。
[0019]此外，可以将第一电负载、第二电负载和/或第四电负载设计成动态的大电流负载。
[0020]在车载电网的另一设计中，第一蓄能器和第二蓄能器被设计成一个共同的设备单元。在这种情况下，第一蓄能器可被第二蓄能器内部的两个电压分接头接触。该共同的设备单元在该实施方式中具有四个接头。
[0021]按照另一设计，第三蓄能器和第二蓄能器被设计成一个共同的设备单元。在这种情况下，第三蓄能器可被第二蓄能器内部的两个电压分接头接触。该共同的设备单元在该实施方式中具有四个接头。
[0022]此外，第一蓄能器和第三蓄能器可以被设计成一个共同的设备单元。在该实施方式中，第三蓄能器可被第一蓄能器内部的一个电压分接头接触。该共同的设备单元在该实施方式中具有三个接头。
[0023]此外，发电机和电机器可以被设计成一个共同的设备单元。在这种情况下，发电机可被电机器的一个电压分接头接触。
[0024]本申请还涉及一种汽车，其具有根据前述实施方式中任一项的车载电网。该汽车优选是混合动力电动车。该汽车尤其可以是微型或中型混合动力电动车。在此，“微型混合动力电动车”通常系指其电动机并非直接用于驱动汽车的那种汽车，而中型混合动力电动车的电动机往往直接用作汽车的驱动机组。在此，微型混合动力电动车的电动机的单位功率比重通常约为2.7?处1八。中型混合动力电动车的电动功率通常约为6?1处1八。
[0025]汽车例如是机动车，特别是轿车或载重车，还可以具有起动/停止系统，该系统被设计用于自动地和/或手动地切断或起动汽车的内燃机。
[0026]根据本申请的汽车具有已结合根据本申请的车载电网所述的优点，为避免重复，这些优点在此不予赘述。特别是对于具有起动/停止系统的汽车来说，进一步改善电压稳定性在此尤为重要，因为内燃机的起动意味着高功耗，这会导致汽车车载电网上的电压突降。
[0027]现在参照附图详述本申请的实施方式。
[0028]图1为根据本申请第一实施方式的车载电网的方框图；
图2为根据本申请第二实施方式的车载电网的方框图；
图3为根据本申请第三实施方式的车载电网的方框图；
图4为根据本申请的车载电网的原理图。
[0029]图1所示为未详细示出的汽车的根据本申请第一实施方式的车载电网1的方框图。该车载电网1例如可以是机动车特别是轿车或载重车的组成部分。
[0030]车载电网1具有带第一工作电压％的第一车载电网分支2，其中，第一工作电压％在所不实施方式中为12乂。第一车载电网分支2具有第一电的蓄能器3，其形式例如为12乂蓄电池，特别是127锂离子蓄电池。第一车载电网分支2还具有第一电负载4，该负载形成动态负载。第一电负载4尤其可以是汽车的未详细不出的内燃机的起动器。
[0031]车载电网1还具有带第二工作电压队的第二车载电网分支5。第二工作电压队在所不实施方式中为36乂。在第二车载电网分支5上设置有第二电的蓄能器6，其例如为36乂锂离子蓄电池，或者是367双层电容器装置。
[0032]车载电网1还具有带第三工作电压％的第三车载电网分支7。在所示实施方式中，第三车载电网分支7具有第三电负载8以及汽车的电机器11。电机器11具有多种工作状态，其中，它根据工作状态形成汽车的起动器发电机或电动机。因此，电机器11可以根据工作状态提供可变扭矩或者产生电能或者用作为汽车的驱动设备。电机器11的工作状态在此借助未详细示出的控制单元来调节。
[0033]车载电网1还具有0(:/0(:变换器9。00/00变换器9是双向直流电压变换器，其特别是能把第一种电压变换为第二种电压及反向变换。为此，0(:/0(:变换器9在所示实施方式中是用于双向传输能量的同步变换器。
[0034]车载电网1还具有第一开关装置10。该第一开关装置10在所示实施方式中是半导体开关，其形式为正常截止的II沟道103？价开关。
[0035]第一蓄能器3和第二蓄能器6通过第一开关装置10可相互电串联，从而第三工作电压％可通过第一工作电压I和第二工作电压队一起提供。因此在所示实施方式中，第三车载电网分支7上的487的第三工作电压％可通过第一蓄能器3和第二蓄能器6的串联来提供。
[0036]在这里，在所示实施方式中，第一开关装置10在源极与第一车载电网分支2的正极电路连接，以及在漏极与第二车载电网分支5的负极电路连接。第一电的蓄能器3的形成正极的第一接头23由此可以通过第一开关装置10与第二电的蓄能器6的形成负极的第二接头28电耦接。
[0037]在这里，在第一开关装置10的第一开关位置，第一开关装置10关闭，此时第一电的蓄能器3的第一接头23与第二电的蓄能器6的第二接头28连接。第一开关装置10在其第二开关位置打开，此时第一电的蓄能器3的第一接头23与第二电的蓄能器6的第二接头28电分离。
[0038]第一电的蓄能器3的形成负极的第二接头24与参考电位电耦接。此外，第二电的蓄能器6的形成正极的第一接头27与第三车载电网分支7耦接。
[0039]此外，第一开关装置10在源极与第一电负载4的第一接头21连接，以及与00/0(:变换器9的设置在0(:/0(:变换器9的一次侧的第一接头25连接。另外，第一开关装置10在漏极与0(:/0(:变换器9的设置在0(:/0(:变换器9的二次侧的第二接头26连接。第二接头26还与第二电的蓄能器6的第二接头28连接。第一接头25还与第一电的蓄能器3的第一接头23连接，并与第一电负载4的第一接头21连接。
[0040]此外，0(:/0(:变换器9在一次侧具有第三接头42，该第三接头与参考电位电耦接。在二次侧，00/00变换器9还具有第四接头43，该第四接头与第二电的蓄能器6的第一接头27连接，并与第三电负载8的第一接头29连接，以及与电机器11的第一接头31连接。第二电的蓄能器6的第一接头27也与第三电负载8的第一接头29连接，以及与电机器11的弟一接头31连接。
[0041]第一电负载4的第二接头22、第三电负载8的第二接头30和电机器11的第二接头32都与参考电位电耦接。
[0042]车载电网1还具有被设计用来控制第一开关装置10的第一控制单元19。借助该控制单元19关闭和打开第一开关装置10，也就是说，在所示实施方式中为此对!1沟道10--丁的栅极施加相应的电压或者该栅极被禁用，针对该电压构造有电导通的沟道。车载电网1还具有被设计用来控制0(:/0(:变换器9的第三控制单元20。借助第三控制单元20尤其可以确定经由0(:/0(:变换器9在车载电网分支2、5和7之间进行的能量传输的方向。由此还可以确定对0(:/0(:变换器9的控制工作方式，也就是说，它可以确定0(:/0(:变换器9以电压受控方式、电流受控方式还是功率受控方式工作。
[0043]第一控制单元19和第三控制单元20在此与其它未详细示出的汽车组件特别是汽车的其它控制单元耦接，以便根据汽车的相应的工作状态产生用于控制第一开关装置10或0(:/0(:变换器9的控制信号。
[0044]在所示实施方式中，0(:/0(:变换器9、第一开关装置10、第一控制单元19和第三控制单元20是控制单元18的组成部分，该控制单元也称为控制单元(⑶
[0045]在所示实施方式中，第一电的蓄能器3的第一接头23形成四端电路的端极I。四端电路的端极II是第一开关装置10的漏极。第二电的蓄能器6的第二接头28形成该四端电路的端极III，而第二电的蓄能器6的第一接头27则形成其端极IV。
[0046]图2为未详细示出的汽车的根据本申请第二实施方式的车载电网1的方框图。带有与图1中相同的功能的组件标有相同的附图标记，故下面不予赘述。
[0047]在所示实施方式中，车载电网1除了具有第一车载电网分支2、第二车载电网分支5和第三车载电网分支7外，还具有带第四工作电压％的第四车载电网分支12。在所示实施方式中，第四工作电压1为127，也就是说，在所不实施方式中，第一车载电网分支2和第四车载电网分支12具有相同的额定电压。
[0048]第四车载电网分支12具有第四电负载13以及第三电的蓄能器14。在第四车载电网分支12上还设置有发电机17。
[0049]车载电网1还具有第二开关装置15，该第二开关装置在所示实施方式中是半导体开关，其形式为正常截止的II沟道103？价开关。
[0050]第一车载电网分支2和第四车载电网分支12可通过第二开关装置15电耦接。为此，第二开关装置15在源极与第一车载电网分支2连接，以及在漏极与第四车载电网分支12连接。特别地，第二开关装置15在漏极与第三蓄能器14的第一接头35、第四电负载13的第一接头37和发电机17的第一接头39连接。第三蓄能器14的第二接头36、第四电负载13的第二接头38和发电机17的第二接头40都与参考电位电耦接。
[0051]车载电网1还具有被设计用来控制第二开关装置15的第二控制单元41。借助该第二控制单元41打开和关闭第二开关装置15。在此，第二开关装置15在其第一开关位置关闭，在该开关位置，第一车载电网分支2与第四车载电网分支12电耦接。第二开关装置15在其第二开关位置打开,在该开关位置，第一车载电网分支2与第四车载电网分支12电分离。
[0052]此外，第二开关装置15在漏极与第一开关装置10的源极连接。由此在所示实施方式中，第一蓄能器3和第二蓄能器6可通过第一开关装置10和第二开关装置15相互电串联。
[0053]在所示实施方式中，车载电网1还具有汽车的未详细示出的内燃机的起动器16，其中，该起动器16设置在第一车载电网分支2上。起动器16具有第一接头33，该第一接头特别是与第二开关装置15的源极电耦接。起动器16还具有与参考电位电耦接的第二接头34。
[0054]在所示实施方式中，0(:/0(:变换器9、第一开关装置10、第二开关装置15、第一控制单元19、第二控制单元41和第三控制单元20是控制单元18的组成部分。按照另一种设计，所述这些组件沿着车载电网1分布地布置。
[0055]就图2所示的实施方式而言，第三蓄能器14和第二蓄能器6通过第一开关装置10可开关地连接。此外，第一蓄能器3和第三蓄能器14通过第二开关装置15可开关地连接。在此可看到第二蓄能器6和第三蓄能器14的布局的优点。按照所示拓扑结构，只有第一开关装置10设置在第二蓄能器6和第三蓄能器14之间的路径上。
[0056]第三蓄能器14与第二蓄能器6的合适的电荷比例通常为1/3，其中，第三蓄能器
14中的电荷与第二蓄能器6中的电荷总计为100%。第二蓄能器6和第三蓄能器14在此可以设计在一个有四个接头的共同的单元中。
[0057]还可看到第一蓄能器3和第三蓄能器14的布局的另一优点。在此，只有第二开关装置15设置在第一蓄能器3和第三蓄能器14之间的路径上。第三蓄能器14的电荷与第一蓄能器3的电荷之间的合适的比例通常为1/3或者更小，其中，第三蓄能器14中的电荷与第一蓄能器3中的电荷总计为100%。第一蓄能器3和第三蓄能器14可以设计在一个有三个接头的共同的单元中。
[0058]在所示实施方式中，第一电的蓄能器3的第一接头23形成四端电路的端极I。四端电路的端极II是第二开关装置15的漏极。第二电的蓄能器6的第二接头28形成该四端电路的端极III，而第二电的蓄能器6的第一接头27则形成其端极IV。
[0059]图3为未详细示出的汽车的根据本申请第三实施方式的车载电网1的方框图。带有与图1和2中相同的功能的组件标有相同的附图标记，故下面不予赘述。
[0060]图3中所示的第三实施方式与图2中所示的第二实施方式的区别在于，第二开关装置15的源极与第一开关装置10的源极连接。由此在所示第三实施方式中，第一蓄能器3和第二蓄能器6可仅通过第一开关装置10相互电串联。
[0061]此外，第一车载电网分支2、第二车载电网分支5、第三车载电网分支7和/或第四车载电网分支12除了具有图广3中所示的电负载外，还可以具有其它电负载，也就是说，第一车载电网分支2、第二车载电网分支5、第三车载电网分支7和第四车载电网分支12可以分别具有至少一个电负载，其中，第二车载电网分支5在所7^实施方式中没有电负载。
[0062]图广3中所示的车载电网拓扑结构也可以称为(多重组合电网),其在此是形式为第一车载电网分支2以及第二车载电网分支5的至少两个局部电网八和8的组合。在所示实施方式中，电网八具有127的额定电压，而电网8具有367的额定电压。在此，实现这些局部电网的扩展的方式为，可以使得车载电网八与附加的电网8串联。开关过程受控制单元即控制单元18的控制。电网八和8串联的结果是，形成了形式为第三车载电网分支7的新电网0，其额定电压水平在所示实施方式中为487。所示的10？拓扑结构例如应用在尽可能靠电工作特别是电动行驶工作的汽车中，例如应用在微型或中型混合动力电动车中。在这种情况下通常分别采用至少一个电压变换器、负载、驱动机构和发电机以及两个电的蓄能器。
[0063]在图3所不的拓扑结构中，第一车载电网分支2也称为能量系统￡8781，它由例如被设计为12伏锂电池的蓄能器和至少一个动态负载例如起动器构成。第二车载电网分支5也称为能量系统￡8782，它由例如被设计为36伏锂电池的蓄能器构成。第四车载电网分支12也称为能量系统￡#83，它在所示实施方式中由例如被设计为12伏锂电池的任选地存在的第三蓄能器14、任选地存在的发电机17和至少一个动态负载构成。电机器11可以形成汽车的起动器发电机或驱动电机，它是也称为能量系统￡#84的独立的第三车载电网分支7的组成部分。28784还含有至少一个动态负载。
[0064]电机器11以及发电机17在此可以在一个单元中实现。发电机17在该设计中是电机器11内部的相应的电压截取机构。在￡8783内部或者替代地在￡#81内部利用发电机17提高了系统的冗余度和可用性。
[0065]此外，第一蓄能器3和第二蓄能器6可以在一个设备单元中实现。第一蓄能器3在此可通过两个电压截取机构在该共同的设备单元内部实现。第一蓄能器3和第二蓄能器6可以设计在一个有四个接头的共同的单元内。
[0066]此外，第一蓄能器3和第三蓄能器14可以在一个设备单元中实现。第三蓄能器14在此是该共同的设备单元内部的电压截取机构。在该设计中，第一蓄能器3和第三蓄能器14设计在一个有三个接头的共同的单元内。
[0067]此外，第二蓄能器6和第三蓄能器14可以在一个设备单元中实现。第三蓄能器14在此可通过两个电压截取机构在该共同的设备单元内部实现。在该设计中，第二蓄能器6和第三蓄能器14设计在一个有四个接头的共同的单元内。
[0068]第一电的蓄能器3的电荷蓄存容量优选明显大于第二电的蓄能器6以及第三电的蓄能器14的电荷。通过这种设计，能量系统￡#81占据主导地位，且在拓扑结构内部保持常态优先。第一蓄能器3的这种设计提高了系统的冗余度和可用性以及电压稳定性。
[0069]此外，第一蓄能装置3的内部欧姆电阻优选设计得尽可能小，例如约5！:^或者更小。这样一来就减少了 ￡8781内部的电压突降，如果汽车发动机通过例如小齿轮起动器形式的起动器16起动。利用起动器16提高了系统的冗余度和可用性。第一蓄能器3内的很小的内部电阻能实现有时省去第三蓄能器14以及第二开关装置15。
[0070]为了利用起动器发电机进行可靠的发电机工作，使得该起动器发电机与￡#81或28783和28782的蓄能器耦接，因为否则就会有28784内的车载电网崩溃的可能性。在这种情况下，动态负载即第三电负载8就会需要比起动器发电机所能提供的还要多的能量。为了使得第二蓄能器6与第一蓄能器3串联地电连接，将第一开关装置10关闭。
[0071]第一开关装置10内的在所示实施方式中也存在的体二极管被设计成匪03晶体管，它可以使得电流经由二极管朝向第三电负载8流动，进而支持电网0。在此，第一开关装置10有时可以打开。
[0072]替代于或附加于第二蓄能器6，可以利用0(:/0(:逆变器即00/0(:变换器9建立起从电网4至电网8的电连接。0(:/0(:逆变器为此将能量从￡8781向￡#82输送。电网0因而可以从电网八和电网8取用能量。
[0073]独立于第一开关装置10的开关状态，可以通过0(:/0(:变换器9从28782向输送能量。例如当形式为第一电负载4的大电流负载或者设置在￡#81中的起动器16在发动机起动情况下导致28781和￡8783内的电压突降时就是这种情况。
[0074]若第二开关装置15形式的附加的开关使得系统￡#83与￡#81分离，则通过0以00变换器9进行的这种能量输送就会较少。任意选用的第三蓄能器14独立于第一蓄能器3的充电状态为敏感的负载即所示实施方式中的第四电负载13提供能量。在￡8781内的电压严重突降时，可以打开第二开关装置15。在这种情况下，第四电负载13通过第三电的蓄能器14保持基本上恒定地被供电。此外采用了 ￡#83内的任意选用的发电机17。该发电机可以在第二开关装置15关闭时给第三电的蓄能器14输送电荷。
[0075]图3中所示的拓扑结构尤其能够按下述方式管理冗余的能量流。
[0076]电网八或第一电的蓄能器3可以由电网中的起动器发电机充电，其中，第一开关装置10关闭，第二开关装置15可以打开或关闭。
[0077]此外，电网八或第一蓄能器3可以由0(:/0(:变换器9充电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15打开或关闭。
[0078]电网八或第一蓄能器3还可以由发电机17充电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15关闭。
[0079]电网8或第二蓄能器6可以由起动器发电机充电，其中，第一开关装置10关闭，第二开关装置15打开或关闭。
[0080]电网8或第二蓄能器6还可以由0(:/0(:变换器9充电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15打开或关闭。
[0081]电网或第三电负载8可以由起动器发电机供电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15打开或关闭。
[0082]电网(:或第三电负载8还可以由0(:/0(:变换器9供电，其中，第一开关装置10关闭或打开，且第二开关装置15打开或关闭。
[0083]也称为电网仏或他的第四车载电网分支12或者第三蓄能器14可以由发电机17充电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15打开或关闭。
[0084]电网仏或者第三蓄能器14还可以由第一蓄能器3充电，其中，第一开关装置10打开或关闭，且第二开关装置15关闭。
[0085]在理想的第二开关装置15关闭的情况下，电网4和八氺的电压基本相同。
[0086]通过上述能量流可以实现电网八的三重冗余，进而从功能可用性和功能可靠性的角度说明了其系统优先性。
[0087]控制单元18控制或者调节系统内部的能量流。求取系统或汽车的状态，便可调节或控制电网八、八18和中的所力求的标定电压状态。
[0088]在这种情况下，通过￡#81和28782的串联产生了明显的优点。由此即使在如图1所示的最低系统配置情况下也能例如省去锂离子电池，这导致了成本优势。
[0089]此外，该布置方式的冗余特性是有利的。在￡#82和/或0(:/0(:变换器9失效的情况下，系统在备用模式下工作。优先的系统￡8781和有时￡8783保持不受限，这在功能可靠性方面是有利的。
[0090]此外，可以使用两个冗余的发电机和两个冗余的起动器，这对可用性有利。
[0091]使用第三蓄能器14有利于电网仏的电压稳定，敏感性的负载可以在该电网中工作，这也能实现可用性优势。
[0092]使用第一蓄能器3有利于电网八的再生，由此可以支持灵活的能量流动，这又牵涉到可用性优势。
[0093]使用第三蓄能器14有利于电网仏的再生，由此也可以支持灵活的能量流动，这牵涉到可用性优势。
[0094]使用第二蓄能器6有利于电网的再生，由此也可以支持灵活的能量流动，这牵涉到可用性优势。
[0095]在所示车载电网拓扑结构中，在从电网向电网4或仏发生短路时，￡8781和￡8782的串联就会产生另一优点。在这种情况下可以采用有利的方式避免特别是当发动机转速为零时在12伏电网即电网八或电网八#中发生过载。短路仅仅在￡#82内部发生。由此产生的大电流可以通过保险机构和/或继电器在该电网线路内部例如通过继电器的断开而在时间上受到限制。
[0096]此外，在这种短路情况下，即使发动机转速不为零，￡8781或￡8783也有可能达到非危急的过载。为此要把第一蓄能器3的内部电阻设计得明显小于电机器11。这样一来，电网八或八#中的电压起初仅仅略微提高，且可以通过电机器11内部的短路识别机构持久地保持于非危急值，也就是说，电机器11使得朝向￡#81或￡8783的能量流动停止，以便防止在车载电网1中出现较大的系统损害。还可以将0(:/0(:变换器9激活，使得短路能量至少部分地被输送回到￡#82或￡#83中。若打开第一开关装置10，使得00/0(:变换器9在这种情况下去激活，则也可以对第三蓄能器产生过载防护，而规定对第三蓄能器进行过载防护的方式为，限制发电机的充电电流。
[0097]还可借助10？拓扑方式产生电位分离的拓扑结构。此外，也可以采用接地的电路布局，也就是说，图广3中所示的相应的车载电网组件可以布置在接地电路或负极电路中。此外，为了进一步保护系统免于过载和短路，可以在第一蓄能器3、第二蓄能器6和/或第三蓄能器14的线路中采用保险机构和/或其它开关。
[0098]因此，为了达到例如48、的电压水平而减少例如锂离子电池的数量，为了达到例如487的电压水平而减小空间体积，为了达到例如487的电压水平而减轻重量，这样就达到了成本优势。
[0099]替代于￡8781和￡8783的并联，也可以采用￡8781和￡8783串联的方式。此外能以有利的方式实现12伏电网中的稳定的电压水平，用于敏感性负载的工作，而独立于48伏电网以及独立于发动机起动或相应的汽车状态。通过在12伏和48伏电网中对起动器采用的冗余设计和/或对发电机采用的冗余设计，提高了可用性和功能可靠性。此外，由于系统能够与起动器、发电机、相应的蓄能器以及相应的电负载最佳地一致，产生了成本优势。另夕卜，无论在发动机转速为零时，还是在发动机转速不为零时，如果考察对系统至关重要的阻抗，都可以实现掌控在48伏和12伏电网之间的任何短路。
[0100]图4示出根据本申请的车载电网的原理图。带有与前述附图中相同的功能的组件标有相同的附图标记，故下面不予赘述。
[0101]如图4中示意性地示出，可以借助控制单元18在形成第一能量系统￡8781的第一车载电网分支2、形成第二能量系统28782的第二车载电网分支5、形成第四能量系统28784的第三车载电网分支7、形成第三能量系统28783的第四车载电网分支12之间进行能量交换。控制单元18把四个能量系统28781、28782、28783和￡8784相互连接起来，由此实现在这四个系统之间的能量交换。在此，第一车载电网分支2、第二车载电网分支5、第三车载电网分支7、第四车载电网分支12和控制单元18之间的能量传输在图4中示意性地用耦接线
、口和 IV 示出。
[0102]附图标记清单
1车载电网
2车载电网分支
3蓄能器
4负载5车载电网分支
6蓄能器
7车载电网分支
8负载
900/00变换器
10开关装置
11电机器
12车载电网分支
13负载
14蓄能器
15开关装置
16起动器
17发电机
18控制单元
19控制单元
20控制单元
21接头
22接头
23接头
24接头
25接头
26接头
27接头
28接头
29接头
30接头
31接头
32接头
33接头
34接头
35接头
36接头
37接头
38接头
39接头
40接头
41控制单元
42接头
43接头线线线线換換換換
33 33 33 330^^ 0^^ 0^^ 0^^.1 二、.1 二、.1 二、.1 二、--7, --7, --7, --7,
^8^0^1)^
【权利要求】
1.一种用于汽车的车载电网(1)，具有: -带第一工作电压U1的第一车载电网分支(2)，其中，第一车载电网分支(2)具有第一蓄能器(3)和第一电负载(4); -带第二工作电压U2的第二车载电网分支(5)，其中，第二车载电网分支(5)具有第二蓄能器(6)； -带第三工作电压U3的第三车载电网分支(7)，其中，第三车载电网分支(7)具有第三电负载(8)； -DC/DC变换器(9 )，其被设计用于至少在第一车载电网分支(2 )和第二车载电网分支(5)之间双向地传输能量； -第一开关装置(10)， 其中，第一蓄能器(3)和第二蓄能器(6)通过第一开关装置(10)可相互电串联，从而第三工作电压U3可通过第一工作电压U1和第二工作电压U2 —起提供。
2.如权利要求1所述的车载电网，其中，U2>U1。
3.如权利要求1或权利要求2所述的车载电网，其中，第三车载电网分支(7)还具有电机器(11)。
4.如前述权利要求中任一项所述的车载电网，还具有带第四工作电压U4的第四车载电网分支(12)，其中，第四车载电网分支(12)具有第四电负载(13)。
5.如权利要求4所述的车载电网，其中，第四车载电网分支(12)还具有第三蓄能器(14)。
6.如权利要求4或权利要求5所述的车载电网，还具有第二开关装置(15)，其中，第一车载电网分支(2)和第四车载电网分支(12)通过第二开关装置(15)可电耦接。
7.如权利要求6所述的车载电网，其中，第一蓄能器(3)和第二蓄能器(6)通过第一开关装置(10)且通过第二开关装置(15)可相互电串联。
8.如权利要求Γ7中任一项所述的车载电网，其中，第一车载电网分支(2)还具有汽车的内燃机的起动器(16)，其中，第四车载电网分支(12)还具有发电机(17)。
9.如权利要求61中任一项所述的车载电网，其中，第一蓄能器(3)、第二蓄能器(6)、第三蓄能器(14)、DC/DC变换器(9)、第一开关装置(10)和第二开关装置(15)是控制单元(18)的组成部分。
10.如权利要求6、中任一项所述的车载电网，其中，第一开关装置(10)和/或第二开关装置(15)选自由继电器和半导体开关构成的组。
11.如前述权利要求中任一项所述的车载电网，其中，第一蓄能器(3)和第二蓄能器(6)被设计成一个共同的设备单元，其中，第一蓄能器(3)可被第二蓄能器(6)内部的两个电压分接头接触。
12.如权利要求5?10中任一项所述的车载电网，其中，第三蓄能器(14)和第二蓄能器(6)被设计成一个共同的设备单元，其中，第三蓄能器(14)可被第二蓄能器(6)内部的两个电压分接头接触。
13.如权利要求5?10中任一项所述的车载电网，其中，第一蓄能器(3)和第三蓄能器(14)被设计成一个共同的设备单元，其中，第三蓄能器(14)可被第一蓄能器(3)内部的一个电压分接头接触。
14.如权利要求8?13中任一项所述的车载电网，其中，发电机(17)和电机器(11)被设计成一个共同的设备单元，其中，发电机(17)可被电机器(11)的一个电压分接头接触。
15.一种汽车，具有根据前述权利要求中任一项的车载电网(1)，其中，该汽车是混合动力电动车。
【文档编号】B60L11/18GK104349931SQ201380012828
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年3月6日
【发明者】D.赖肖, M.吉尔赫 申请人:大陆汽车有限公司