具有高压供电系统的机动车的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种机动车(10)，具有第一高压供电系统(12)，该第一高压供电系统包括第一高压电源(16)、与该第一高压电源连接的第一中间电路(18)和至少一个连接在第一中间电路(18)上的高压耗电器(24、26)。按照本发明设有附加的第二高压供电系统(14)，该第二高压供电系统包括第二高压电源(28)、与该第二高压电源连接的第二中间电路(30)和至少一个连接在第二中间电路(30)上的高压耗电器(36)。
【专利说明】具有高压供电系统的机动车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机动车，具有高压供电系统，该高压供电系统包括高压电源一例如动力电池、与该高压电源连接的中间电路和至少一个连接在中间电路上的高压耗电器一例如电动的驱动电机。与本发明相关，概念“高压”应理解为高于60伏特、尤其高于200V的电压。
【背景技术】
[0002]在这种高压供电系统中可以期望的是，在中间电路中借助于两个或多个高压电源提供电能。例如，当两个或多个动力电池在机动车中供使用时，能够提供更大的电能储存容量。也可以提供动力电池作为第一高压电源，提供燃料电池堆作为蓄电池并且作为第二高压电源。通过燃料电池堆能够提供源自运行燃料、例如氢的电能。
[0003]但是当两个高压电源在一个中间电路上运行时是有问题的:如果没有采取其它措施，则两个电源必需在中间电路上准确地提供相同的电压。否则通过中间电路在两个电源之间流动的是不期望的平衡电流。
[0004]对此由DE 10 2008 047 502 Al已知，中间电路通过第一变压器与第一电源电连接，并且通过第二变压器与第二电源电连接。由此利用两个变压器能够监控在各电源与中间电路之间的能流。但是在通过变压器耦联电源时的缺陷是，各变压器必需能够传输相对较大的额定功率，用于例如也可以将来自各电源的电能供应到机动车的驱动电机，或者可以使驱动电机的再生电流返回储存到电源中。当驱动电机在再生期间以发电机运行模式运行时，是后述的情况。
[0005]对此由DE 10 2005 042 654 Al已知，直接在中间电路上运行功率最佳的第一蓄能器，而仅电能最佳的第二蓄能器通过变压器与中间电路耦联。由此在高压供电系统中仅需唯一一个变压器。但是这个变压器还必需总是设计成用于能够从电能最佳的第二蓄能器传输足够的电功率到驱动电机。
[0006]在DE 10 2009 018 011 Al中描述一种用于在机动车中分配电能的装置，所示机动车具有至少一个电机。该电机通过逆变器与高压电网至少暂时地导电连接，其中，为高压电网分派有第一动力电池。第二动力电池能够通过变压器与高压电网导电地连接。利用变压器能够在第二动力电池的百分之百负荷的情况下供给驱动电机，直到第一动力电池的百分之零负荷。第二动力电池和变压器是机动车的专用设备，其中，第二动力电池和变压器优选组合成唯个机械模块，利用该机械模块对电动的驱动电机提供更高的总容量供使用，由此得到更大的续驶里程。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种用于机动车的能够以有利的方式制造的高压供电系统。
[0008]该目的通过根据权利要求1所述的机动车得以实现。通过从属权利要求给出按照本发明的机动车的有利改进方案。
[0009]按照本发明的机动车除了上述的第一高压供电系统之外还具有附加的第二高压供电系统。该第二高压供电系统包括第二高压电源、与该第二高压电源连接的第二中间电路和至少一个连接在第二中间电路上的高压耗电器。换言之，按照本发明的机动车具有两个相互分开的中间电路，通过所述两个相互分开的中间电路，高压电源之一分别只为机动车的高压耗电器中的一些高压耗电器供电。在此，中间电路包括由高压导线组成的布置结构，这些高压导线设计成用于从高压电源将供电电流传导到高压耗电器，或者从高压发生器将再生电流传导到高压电源。在这里，中间电路的电导线优选设计成用于传导超过10A、尤其超过30A电流强度的电流。
[0010]按照本发明的机动车的优点是，为了向高压耗电器供电可以提供两个高压电源，而无需提供费事的、用于阻断两个高压电源之间的平衡电流的措施。这能够实现在不放弃两个高压电源的情况下仍有利地制造机动车。
[0011]在此优选的是，至少第一高压电源与第一中间电路直接地一也就是说在没有DC-DC变换器(DC-直流)的情况下——稱联。由此得到的优点是，在这里也可以使用成本有利的电接头，例如简单的、用于将动力电池的正极和负极连接到中间电路的各个导体上的端子连接件。第二高压电源也优选地与第二中间电路以相同的方式直接地在没有DC-DC变换器的情况下耦联。
[0012]在按照本发明的机动车的优选实施例中，所述第一和第二中间电路通过DC-DC变换器相互耦联。由此得到的优点是，通过这个DC-DC变换器可以平衡两个高压电源的荷电状态中的区别。但是在此与现有技术不同的是，无需使DC-DC变换器也必需能够导引供电电流或者再生电流。如果DC-DC变换器按照规定可以传输平衡电流就足够了，该平衡电流的电流强度明显小于高压耗电器供电电流的常见的电流强度。在这里，平衡电流尤其指的是，电流强度小于机动车的电动的行驶驱动装置额定供电电流的50%，尤其小于20A。
[0013]相应地按照所述机动车的改进方案，所述DC-DC变换器的控制装置设计成用于使两个高压电源的荷电状态相互平衡。
[0014]在此，所述机动车的另一改进方案相应地规定，所述DC-DC变换器的额定功率只设计成用于使荷电状态平衡。换言之，能够从DC-DC变换器按照设计要求持久传输的平衡电流在电流强度方面小于按照规定通过各中间电路在其高压电源与其高压耗电器之间流动的供电电流或再生电流。只为平衡荷电状态而设计的DC-DC变换器——也就是功率相对较低的变换器——比在现有技术中所需的变换器成本低廉很多。所述变换器的另一优点是，其小于也设计成用于传输上述供电电流或再生电流的DC-DC变换器。
[0015]在按照本发明的机动车的实施例中，所述DC-DC变换器设计成用于双向地传输能量。由此得到的优点是，可以非常灵活地对于高压耗电器在两个中间电路上的能耗的区别做出反应。通过DC-DC变换器总是能够平衡高压电源的荷电状态。
[0016]按照本发明的机动车的另一实施例，在两个中间电路中的仅一个中间电路中设有用于连接高压电源充电器的接头。这使所述机动车的制造更加成本有利。在此，位于没有接头的中间电路中的、用于动力电池的充电电流可以毫无问题地通过DC-DC变换器导引。这个DC-DC变换器可以抑制充电电流，使DC-DC变换器可以在两个中间电路之间传输电流，而同时不会过热。
[0017]如果至少在第一高压电源中提供内部导线，则得到另一优点。通过这种内部导线可以使所述DC-DC变换器与第一高压电源的自身蓄能器、也就是例如与其原电池电连接，而无需第一中间电路到DC-DC变换器的导线。所述中间电路导线可以更短地构成，这也使按照本发明的机动车节省成本。因为只需传输所述的平衡电流，所以内部导线的导线横截面可以明显小于中间电路导线的导线横截面。优选地，第一高压电源具有用于DC-DC变换器的接头和用于中间电路连接在其壳体对置一侧上的接头。由此通过内部导线可以将用于DC-DC变换器的接头与用于中间电路的接头连接。当然也可以规定，第二高压电源以相同的方式构成并且与DC-DC变换器连接。
[0018]按照本发明的机动车的一个实施例规定，高压供电系统之一设置在机动车的前部，另一高压供电系统设置在机动车的后部。由此能够在使用尽可能少的高压电缆的情况下制造整个机动车的高压-中间电路系统。在此，第一中间电路和第二中间电路通过DC-DC变换器的搭接可以具有比中间电路本身更小的导线横截面。
[0019]如果所述机动车具有两个电动的驱动电机，则将高压电气设备分配在两个中间电路中是特别有利的。由此，所述两个驱动电机中的一驱动电机通过逆变器连接在第一中间电路上，另一驱动电机通过逆变器连接在第二中间电路上。由此使两个驱动电机可以相互独立地通过其各中间电路的各高压电源驱动，这使得机动车针对故障是特别安全的。
[0020]与按照本发明的机动车相关所述的高压电源尤其是动力电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面再一次更详细地借助于具体的实施例对本发明进行说明。为此，附图示出按照本发明的机动车的优选实施例的高压中间电路系统的框图。
[0022]在下面所说明的示例中，所述的机动车部件分别表示本发明相互独立观察的单独特征，它们也分别相互独立地改进本发明并由此也单独或者与其它特征组合地视为本发明的组成部分。此外所述实施例也可以通过其它已经述及的本发明特征得到补充。
【具体实施方式】
[0023]在图1中示出机动车10的高压电气设备。机动车10例如可以是乘用车。在机动车10中在前部安装有高压供电系统12并且在后部安装有高压供电系统14。在此，高压供电系统分别指的是由电源、耗电器和连接导线组成的整个电气设备。
[0024]前面的高压供电系统12具有高压电源16、中间电路18(具有用于正电位的导线20和用于负电位的导线22)以及多个电的高压元件，其中在附图中更详细地示出电动的行驶驱动装置24。在附图中以唯一的方框代表其它电的高压元件26。
[0025]后面的高压供电系统14以类似的方式包括高压电源28、中间电路30 (具有用于正电位的导线32和用于负电位的导线34)以及连接在中间电路30上的电的高压元件，其中在附图中更详细地示出电动的驱动装置36。在附图中以唯一的方框代表其它连接在中间电路30上的电的高压元件38。
[0026]高压电源16、28例如可以分别是动力电池或者燃料电池堆。由高压电源16、28产生的电压Ul，U2例如可以是400V直流电压。
[0027]电动的行驶驱动装置24可以包括逆变器40和电机42。由此利用逆变器40将在导线20与22之间由高压电源16产生的中间电路18直流电压Ul转换成用于电机42的三相交流供电的三相L1、L2、L3或U、V、W。或者说，通过逆变器40可以将由电机42在再生运行中、例如在制动过程期间在三相L1、L2、L3中产生的交流电压转换成直流电压，随后可以将该直流电压储存在中间电路18中。其余的电的高压元件26例如可以是12V-DC-DC变换器，它在12V车载电网中产生源自中间电路18直流电压Ul的供电电压。12V-DC-DC变换器相关于中间电路18如同高压耗电器那样工作。
[0028]在电动的行驶驱动装置24和/或电的高压元件26运行时，电流Il在中间电路18中流动。
[0029]后面的行驶驱动装置36同样可以包括逆变器44和由这个逆变器运行的电机46。由此利用逆变器44在高压电源28的导线32与34之间产生的中间电路30直流电压U2与三相交流电压L1、L2、L3或U、V、W之间转换，通过该三相交流电压为电机46供电。
[0030]其它电的高压元件38例如也可以是接头，通过该接头可以连接用于高压电源16或28的充电器。这适用于高压电源16或28是蓄电池、也就是例如动力电池的情况。
[0031]在机动车10运行时，电流12在中间电路30中在高压电源28与电的高压元件36、38之间流动。
[0032]对于机动车10也可以规定，该机动车仅具有一电动的行驶驱动装置、例如前面的电动行驶驱动装置24或后面的电动行驶驱动装置36。
[0033]在机动车10运行期间，高压电源16、28在本示例中由于在前面的供电系统12中的高压元件24、26与后面的供电系统14的高压元件36、38的不同功率需求而承受不同的负荷。由于高压电源16、28的所得出的不同运行状态或荷电状态，该高压电源在中间电路18,30中产生电压值彼此不同的直流电压Ul或U2。
[0034]前面的高压供电系统12和后面的高压供电系统14通过DC-DC变换器46相互耦联。DC-DC变换器46可以是本身由现有技术公知的设备。在附图所示的示例中，DC-DC变换器46 —方面与高压电源16的后面的接头Al连接。通过后面的接头Al使DC-DC变换器46与高压电源16的前面的接头A2连接。前面的接头A2可以直接地、例如通过相应的端子连接件连接在中间电路18的导线20、22上。前面的接头A2和后面的接头Al通过高压电源16的内部导线48、50电连接。因此总体上中间电路18从DC-DC变换器46—直延伸到各个电的高压元件24、26。这在附图中通过中间电路18的延伸线zkl象征性地表示。
[0035]DC-DC变换器46通过其另一输出端连接在高压电源28的后面的接头A3上。所述后面的接头A3通过高压电源28的内部导线52、54与前面的接头A4电连接。前面的接头A4可以通过导线32或34直接地、例如通过端子连接件电连接。由此，中间电路30 —直延伸到DC-DC变换器46，这在附图中通过延伸线zk2象征性地表示。
[0036]内部导线48至54和使DC-DC变换器46与高压电源16、28连接的导线的导线横截面分别显著地小于导线20、22、32、34的各导线横截面。内部导线48至54的导线横截面也分别显著地小于导线20、22、32、34的各导线横截面。
[0037]DC-DC变换器46可以设计成用于双向地在两个高压供电系统12、14之间传输电能。通过DC-DC变换器46从DC-DC变换器46的(未示出的)控制装置只导出一个平衡电流I。通过平衡电流I只使得在中间电路电压Ul与U2之间的区别得到平衡。如果高压电源16例如是动力电池并且这个动力电池产生直流电压Ul，该直流电压小于由高压电源28产生的直流电压U2，因此，由DC-DC变换器46的控制装置通过电压测量装置识别了电压差，并且相应地从高压供电系统14导引平衡电流I到高压供电系统12中，由此使动力电池(高压电源16)再次充电，使直流电压Ul和U2的电压值彼此平衡。
[0038]但是借助于DC-DC变换器46不能使供电电流Il为了电动的行驶驱动装置24的运行而从供电系统14传输到该行驶驱动装置。DC-DC变换器46的额定功率过小。其对此情况而言特别小。此外上述变换器比也能够传输供电电流的DC-DC变换器更加成本有利。
[0039]在机动车10中，导线20、22、32、34只需具有这样大的导线横截面，使供电电流Il从高压电源16导引到高压元件24、26，或者使供电电流12从高压电源28导引到高压元件36、38。通过使高压电源16以其前面的接头A2在机动车10中向前对准并且通过更细的内部导线48、50提供中间电路导线20、22到DC-DC变换器46的连接，导线20、22可以特别短。相应地，通过高压电源28的前面的接头A4向后到导线32、34的布置结构而同样能够使导线32、34特别短地构成。总体上可以使机动车10特别成本有利地制造，因为在机动车10中只有短的距离需要提供较大导线横截面的导线20、22、32、34。
[0040]总之,通过示例表示出，如何能够使动力电池装置通过两个动力电池16、28在空间上分成两个部分，并且在使用尽可能更少的大导线横截面的高压电缆20、22、32、34的条件下，能够完成用于整个机动车的高压中间电路系统。这附加地在使用小功率并由此小结构的DC-DC变换器46的条件下实现。在机动车10中通过将高压电源16、28分配在机动车10的前部以及后部，而在任何时候都无需将用于行驶驱动装置24或36的全部功率通过整个机动车10导引。通过断开DC-DC变换器46可以使两个中间电路18、30相互分开。在中间电路18、30之一中的电故障因此不会影响到另一中间电路，因此至少连接在另一中间电路上的高压元件可以继续运行。由此使机动车针对故障也是特别安全的。通过两个中间电路18、30的退耦可能性也可以例如在碰撞时发生短路的情况下提高乘员的安全性。
【权利要求】
1.一种机动车(10)，具有第一高压供电系统(12)，该第一高压供电系统包括第一高压电源(16)、与该第一高压电源连接的第一中间电路(18)和至少一个连接在第一中间电路(18)上的高压耗电器(2126),该机动车还具有附加的第二高压供电系统(14),该第二高压供电系统包括第二高压电源(28)和与该第二高压电源连接的第二中间电路(30), 其特征在于， 所述第二高压供电系统(14)具有至少一个连接在第二中间电路(30)上的高压耗电器(36),其中，两个中间电路(18,30)形成两个相互分开的中间电路(18,30),通过所述两个相互分开的中间电路，高压电源(16.28)之一分别只为机动车的高压耗电器中的一些高压耗电器供电。
2.根据权利要求1所述的机动车(10),其中，所述第一高压电源(16)与第一中间电路(18)以及优选所述第二高压电源(28)与第二中间电路(30)直接地在没有000(:变换器的情况下耦联。
3.根据权利要求1或2所述的机动车(10),其中，所述第一高压供电系统(12)和第二高压供电系统(14)、尤其是第一高压电源(16)和第二高压电源(28)通过000(:变换器(46)相互耦联。
4.根据权利要求3所述的机动车(10),其中，所述000(:变换器(46)的控制装置设计成用于使两个高压电源(16,28)的荷电状态相互平衡。
5.根据权利要求4所述的机动车(10),其中，所述000(:变换器(46)的额定功率只设计成用于使荷电状态平衡，其中，为此待从000(:变换器(46)传输的平衡电流(1)小于按照规定通过各中间电路(18.30)在连接在中间电路上的高压电源(16.28)与连接在中间电路上的至少一高压耗电器(24463436)之间流动的电流(11, 12),其中，所述电流(11,12)是待从高压电源(16.28)通过各中间电路(18.30)的高压导线(20423234)传导到高压耗电器(2136)的供给电流(11,12),或者当所述机动车(10)的驱动电机(42.46)在再生期间以发电机运行模式运行时，所述电流是待从驱动电机(4236)通过高压导线〈20、22,32,24)传导到高压电源(16.28)的再生电流。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的机动车(10),其中，所述000(:变换器(46)设计成用于双向地传输能量。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的机动车(10),其中，两个中间电路(30)中的仅一个中间电路具有用于连接高压电源(16.28)充电器的接头(38^
8.根据权利要求3至7中任一项所述的机动车，其中，至少一个高压电源(16.28)在一侧具有用于将高压电源(16.28)连接在中间电路(18.30)上的接头(八2，八4)，并且在对置的一侧上具有用于000(:变换器(46)的接头(八1，八3),其中，接头(八1，八2 ^3,^4)通过内部导线(48至54)电连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的机动车(10),其中，高压供电系统(12)之一设置在机动车(10)的前部，另一高压供电系统(14)设置在机动车(10)的后部。
10.根据上述权利要求中任一项所述的机动车(10),其中，每个高压电源(16,28)包括一动力电池。
11.根据上述权利要求中任一项所述的机动车，其中，所述机动车具有两个电动的驱动电机(42.46),所述两个驱动电机中的一驱动电机通过逆变器(40)连接在第一中间电路 (18)上，另一驱动电机通过逆变器(44)连接在第二中间电路(30)上。
【文档编号】B60L7/14GK104302506SQ201380022207
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2012年4月28日
【发明者】H·斯塔特斯 申请人:奥迪股份公司