提供冗余电力的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于向至少一个车辆部件提供冗余电力的系统以及使用该系统的方法。本发明特别是涉及一种冗余电力供应系统。


背景技术：

2.近来，商用车辆中的许多系统部件和致动器被电气系统取代。这尤其是涉及需要不再基于加压空气作为主能源的不同车辆基础机构的电动和混合动力车辆。尽管如此，电气系统也应提供与传统系统相同的安全级别。
3.车辆中与安全相关的功能尤其是制动和转向。为了满足安全要求，通常需要具有高安全级别的冗余电力管理系统——特别是对于自动驾驶而言，安全要求非常高。
4.在de 10 053 584 a1中公开了一种传统的动力系统，其中，第一和第二电压供应源经由分离元件连接，安全相关的负载在进一步的分离元件之上联接到电压供应源。在de 10 2013 218 576中公开了另一种传统的电力系统，其中，多个能量存储装置并联布置成使得在发生故障的情况下其他电压供应源中的一个电压供应源可以被接合。
5.然而，需要能够以冗余方式连续地提供关于能量存储单元的状况的信息的进一步的系统，以满足汽车应用中的高安全性要求。
6.通过权利要求1的系统或根据权利要求10的方法克服了这些问题中的至少一些。从属权利要求涉及独立权利要求的主题的进一步的有利实现。


技术实现要素：

7.本发明的实施方式涉及一种用于向至少一个车辆部件(用电器件)提供冗余电力的系统。该系统包括：至少一个电力管理单元，其能够连接至车辆电力网；以及一个或多个存储单元，其联接至该至少一个电力管理单元，用于接收要存储在该一个或多个存储单元中的电力。至少一个车辆部件能够连接至存储单元中的至少两个存储单元以实现冗余电力供应。
8.可选地，所述至少一个电力管理单元包括以下部件中的至少一者：用于向所述一个或多个存储单元提供充电电力的充电单元，用于(选择性地)中断与所述一个或多个存储单元的连接的开关单元，以及用于控制充电单元和/或开关单元的逻辑电路。
9.可选地，一个电力管理单元联接至多个存储单元，并且开关单元可以适于中断联接至一个电力管理单元的一个或多个存储单元。
10.可选地，多个存储单元各自包括存储元件和用于监控该存储元件的状态的附加逻辑电路。
11.可选地，每个电力管理单元与具有存储元件的存储单元中的一个存储单元相关联。电力管理单元的逻辑电路可以适于监控相关联的存储单元中的存储元件的状态。
12.可选地，至少其中一些存储单元包括一个或多个用于连接安全相关车辆部件和/或其他车辆部件的端子。所述端子可以实现针对车辆部件(或多个)的不同电压值的电压供
应。
13.可选地，该系统包括(冗余)车辆通信网。电力管理单元的逻辑电路中的至少一个逻辑电路可以适于将关于存储单元的状态信息提供给车辆通信网。
14.进一步的实施方式涉及一种车辆、尤其设计一种商用车辆，其具有至少一个车辆部件和如前所限定的系统，该系统适于向所述至少一个车辆部件提供冗余电力。
15.进一步的实施方式涉及一种用于向至少一个车辆部件提供冗余电力的方法。该方法包括：
16.——由能够连接到车辆电力网的至少一个电力管理单元管理电力供应，由联接至该至少一个电力管理单元的一个或多个存储单元提供电力；以及
17.——通过存储单元中的至少两个存储单元向该至少一个车辆部件提供电力以实现冗余电力供应。
18.该方法或其一部分也可以由软件或计算机程序产品来实现或引起。本发明的实施方式尤其可以通过车辆的ecu中的软件或软件模块来实现。
19.本发明的实施方式通过提供智能电力管理措施来克服传统系统的问题，该智能电力管理措施经由冗余通信网实现有关车辆能量存储单元状况的连续信息流而获得高安全级别。因此，实施方式提供了一种板网系统，该板网系统特别适合于安全相关的应用(例如，在制动或转向系统中)。
附图说明
20.下面将仅以示例的方式并参照附图来描述所述系统和/或方法的一些示例，其中：
21.图1描绘了根据本发明的第一实施方式的用于向至少一个车辆部件提供冗余电力的系统。
22.图2描绘了根据另一实施方式的用于向车辆部件提供冗余电力的系统。
具体实施方式
23.图1描绘了用于为至少一个车辆部件10、11提供冗余电力的系统的第一实施方式。该系统包括连接到可以提供电力的车辆电力网1的一个电力管理单元3。另外，可以将状态信息提供给车辆通信网2。该系统包括多个存储单元7，存储单元7联接至所述一个电力管理单元3，用于接收要存储在存储单元7中的电力。为此，存储单元7包括至少一个电池(storage cell)9。
24.电力管理单元3包括适于对存储单元7进行充电的充电单元4。电力管理单元3还包括逻辑电路5，该逻辑电路5对充电进行监控并确定关于存储单元7的状态信息(例如，存储单元7内的电池9的充电水平)，并且可以将此信息提供给车辆通信网2。最后，电力管理单元3包括至少一个开关单元6，该开关单元6构造为中断电力管理单元3与一个或多个电池9之间的连接。该中断由逻辑电路5控制，并确保在发生故障的情况下(例如，在存储单元7内)，相应的存储单元7或至少电池9可以与系统断开连接。为此，每个存储单元7可以包括附加逻辑电路8。
25.每个存储单元7或其子集可以包括一个或多个端子，以将车辆部件10、11连接到相应的存储单元7(一个或多个)。车辆部件10、11可以涉及安全相关车辆部件10和其他消耗所
存储的电力的车辆部件。由此，安全相关车辆部件10可以连接到不同的存储单元7，使得即使在一个或一些存储单元7发生故障的情况下，仍可以维持对安全相关车辆部件10的电力供应。即使一个存储单元7发生故障，逻辑电路5、8也会通过连接到车辆部件10的其他存储单元7来替代“缺失”的电力。因此，可以使安全电力供应维持在所需水平。
26.图2示出了用于向车辆部件10、11提供冗余电力的系统的另一实施方式。与图1的实施方式相比，在该实施方式中，每个存储单元7包括其自己专用的电力管理单元3，该电力管理单元3控制和监控电池9的充电状况和充电水平。相应结合的电力管理单元3又包括开关6，该开关6构造为将电池9与系统断开连接，以便在发生故障时提供保护。如图1中所示，电力管理单元3各自包括用于控制充电单元4和开关6的逻辑电路5。每个电力管理单元3均连接到车辆电力网1以接收电力、并且连接到通信网2以便提供关于电力供应的充电状态的信息。
27.在图2的实施方式中，不需要每个或所有存储单元7包括各自的逻辑电路，因为该功能可以通过布置在电力管理单元3中的逻辑电路5来接管(也称为中央单元)。同样，电力管理单元3中的逻辑电路5的功能可以由布置在存储单元7(图2中未示出)中的相应逻辑电路来接管。
28.同样，安全相关车辆部件10可以连接到多个存储单元7，以确保向安全相关车辆部件10(一个或多个)提供冗余的电力供应。通过存储单元7的各个端子的冗余电压供应还可以实现不同电压值的供应。
29.两个实施方式均由车辆的电路板网1供电，并且可以通过冗余的车辆通信网2提供能量存储状态信息。
30.应当理解的是，并非所有的电池9都需要通过相应的端子连接到车辆部件(一个或多个)。替代地，可以布置一组存储单元7或一组电池9。例如，可以在不同的存储单元7之间提供连接，以将不同的存储单元上的电压保持在相同水平或期望的水平。同样，可以在不同的存储单元7之间形成主动充电平衡单元。电池9可以是能够存储电能的任何电气部件，并且可以包括一个或多个电池组电池。
31.这两个实施方式中的电力管理单元3(一个或多个)负责将每个电能存储电路中的储能电池9的充电水平保持在目标水平，以确保安全相关用电器件10的可用性。此外，电力管理单元3负责监控能量存储并且提供关于可用能量和剩余功能的相应状态信息(例如，仍然可能的剩余制动周期或转向动作的数量或量)。
32.智能电能存储单元7负责为安全相关用电器件10和其他用电器件11提供能量——如果需要的话甚至在不同的/混合的电压水平上提供能量。这些电压水平由存储势能的电气部件产生。附加逻辑电路8监控电路输出以及存储部件9的充电水平，收集相应的数据并将其提供给电力管理单元3。根据另一些实施方式，还可以从同一电路(同一电力供应)在针对不同用电器件(车辆部件)的输出端子上提供不同的电压水平。
33.在图2的实施方式中，电力管理单元3和存储单元7可以组合在一个公共区块内，并且可以如图1的实施方式中那样一起作用。图2的实施方式的优点是连同电力管理单元3的不同存储单元7之间的分离性。因此，其更好地防止了任何故障通过系统传播。这些区块内的逻辑电路5提供对能量存储的监控、充电管理并提供状态信息。
34.通过使用逻辑电路5、8进行持续监控，这些实施方式能够同样提供关于过充电、过
电流的保护或预充电保护。此外，通过经由各输出端子之间的充电平衡单元的对应连接，可以实现能量存储充电平衡。
35.安全开关(例如，开关单元6)由于在任何失效或故障的情况下均能够将一些或单个电路或部件立即分离而提供了实施方式的另一优点。由此，该失效将不会对任何其他部件产生不利影响，并且根据实施方式的系统实际上是特别适合于安全相关应用的故障后保持操作的电力供应。因此，根据这些实施方式的电力供应特别适合作为备用能量，该备用能量能够在电能供应系统中发生任何单一故障的情况下提供给任意安全相关用电器件。
36.其他有利的实施方式涉及以下主题：
37.——冗余电力管理系统，特别是用于商用车辆的冗余电力管理系统，其具有由车辆的标准板网供电的中央电力管理单元3和安全的多个电能电路(用于集中布置)；
38.——中央单元3可以负责能量水平状态(电池、电容器、超级电容器等)以及电能存储单元7的功能监控状态；
39.——中央单元3可以负责对电能存储单元7的能量存储进行充电和管理；
40.——中央单元3包含用于两个智能电能存储的安全开关6，以在发生任何故障时提供电路分离的可能性；
41.——智能电能存储单元7中实现的电池管理和输出控制可以针对同一电路提供不同电压水平的所需输出(混合电压输出)；
42.——各智能电能存储单元7是分离开的，进而能够使用内部电池9为安全相关用电器件10提供不间断的电力供应；
43.——冗余电力管理系统、特别是用于商用车辆的冗余电力管理系统，其包括智能电能管理系统3，该智能电能管理系统3的每个电路7分别具有单独的集成单元，其包含充电器4、能量存储9和所有监控和控制逻辑5(此装置明确地提供了独立电路作为分散装置)；
44.——由车辆的能量供应网1供电的所限定的系统提供能量存储的状态和电能存储单元7的功能监控状态到车辆通信网2；
45.——所限定的对能量存储的管理，其中，将输出控制设置成针对同一电路提供不同电压水平的输出(混合电压输出)。
46.说明书和附图仅示出了本公开的原理。因此，将认识到的是，本领域普通技术人员将能够设想出各种布置，这些布置尽管未在本文中明确描述或示出但体现了本公开的原理并且包括在本公开的范围内。
47.此外，尽管每个实施方式可以作为单独的示例而成立，但是要注意的是，在另一些实施方式中，可以不同地组合所限定的特征，即，在一个实施方式中描述的特定特征也可以在另一些实施方式中实现。除非指出特定组合并非所计划的，否则本公开涵盖这样的组合。
48.附图标记列表
[0049]1ꢀꢀ
车辆电力网
[0050]2ꢀꢀ
车辆通信网
[0051]3ꢀꢀ
电力管理单元
[0052]4ꢀꢀ
充电单元
[0053]5ꢀꢀ
逻辑电路
[0054]6ꢀꢀ
开关单元
[0055]7ꢀꢀ
存储单元
[0056]8ꢀꢀ
附加逻辑电路
[0057]9ꢀꢀ
存储元件/电池
[0058]
10、11
ꢀꢀ
车辆部件(用电器件)