用于电动车辆的能量系统的制作方法

本发明涉及一种用于向车辆供应电能的系统和一种用于向车辆供应电能的方法。

背景技术：

1、在当今的电驱动的车辆、例如插电式混合动力车辆(phev)、纯电动车辆(bev)或配备有高压能量存储器(高压电池)的混动车辆(hev)中，直流电流转换器(dc/dc转换器)用于为低压车载网络(低压车载网络)供电。dc/dc转换器主要通过高压电池供电，并且在电池接触器之后连接到全系统电压。如今，这些高压网络不受任何asil安全分类的约束，并且因此仅有条件地适用于，或根据类型完全不适用于具有高度自动化的驾驶辅助系统的用途。

2、kr 101 548 528 b1涉及一种dc/dc转换器。dc/dc转换器包括：交替切换dc输入功率的切换单元；变压单元，其包括具有初级绕组和次级绕组的单个变压器，转换输入初级绕组中的功率，并且将转换的功率输出到次级绕组侧；整流单元，其包括开关元件和第一至第四二极管，并且在高压模式或低压模式下根据开关元件的运行来运行；和输出过滤器，其过滤从整流单元输出的功率。

3、jp 2008/005685 a描述了一种具有电路结构的dc-dc转换器，在该电路结构中，在初级绕组和次级绕组之间公共地形成绕组的一部分的单绕组变压器用于当主开关处于接通状态时将电压(其根据绕组比被分配)施加到同步整流开关，以便防止将输入电压直接施加到同步整流开关。由此，具有比输入电压更低的击穿电压的元件可以用于同步整流开关，由此降低传导损耗并且提高dc-dc转换器的效率。

技术实现思路

1、因此本发明的目的是，向电动车辆的低压车载网络可靠地供应电能，电能也满足用于高度自动化的驾驶辅助系统的安全标准。

2、该目的通过具有独立权利要求的特征的系统和方法来实现。系统和方法的实施方式由从属专利权利要求和说明书得到。

3、本发明的主题是一种用于向具有至少一个高压车载网络和至少一个低压车载网络的电动车辆供应电能的系统。

4、在本说明书的上下文中，高压车载网络是具有超过200v、尤其是在从300v到1200v的范围内、例如400v或800v的电压水平的高压车载网络。高压电池是一种高压能量存储器，其具有300v至1200v的范围内的、例如400v或800v的额定输出电压。低压车载网络是具有小于100v、尤其是在10v到60v的范围内、例如12v或48v的电压水平的低压车载网络。

5、根据本发明的系统构造用于向电动车辆供应电能，其中，车辆具有多个电气部件(通常是耗电器或电源)。该系统布置在车辆中，并且具有高压电池或蓄电池，高压电池或蓄电池具有两个或更多个串联连接的分别具有至少一个能量存储单元的线路。每个线路都具有至少一个能量存储单元、例如电池单元，其中，多个能量存储单元可以在相应的线路中彼此串联和/或并联连接。

6、高压电池的电极通过中断元件(例如电池接触器)连接到车辆的高压车载网络，车辆的高压车载网络包括：车辆的高压机组、例如用于驱动、加热和冷却机组的电机；以及用于高压电池的交流电流和/或直流电流充电的充电模块。dc/dc转换器的输入模块分别连接到高压电池的支路的电极，该输入模块包括dc/ac转换单元(高压桥)并且连接到具有多个初级绕组和公共的次级绕组的变压器的其中一个初级绕组。在一个实施方式中，根据本发明的dc/dc转换器具有作为输入模块的两个或更多个高压桥、公共的变压器和公共的次级侧。

7、在dc/dc转换器的一个实施方式中，输入模块的高压桥构造为全桥。根据高压侧的功率要求和电压变化范围，也可以使用其他的拓扑结构。在一个实施方式中，高压桥实施为半桥。在另一实施方式中，高压桥实施为谐振转换器。

8、在一个实施方式中，变压器的次级绕组具有在次级侧使用的中间抽头(中间抽头技术)。在另一实施方式中，在次级侧使用有源全桥。在另一实施方式中，使用无源或有源整流器。在又一另外的实施方式中，使用电流倍增器。

9、根据本发明的能量系统的特征是，通过高压电池的中间抽头实现电压供应的更高的可用性。附加地，dc/dc转换器被转移到主接触器之前，以便在qm耗电器的故障情况下不会与供应电压断开。在故障情况下仍然确保低压车载网络的供电。

10、通过高压电池的中间抽头形成两个分别具有一半的系统电压的子组。根据本发明的能量系统包括可以使用整个高压电池或仅使用两个电池组中的一个的dc/dc转换器拓扑结构。在正常运行中，每个相位将相应一半的功率引导至变压器。在电池组的故障情况下，可以通过剩余的相位将全部功率输出到低压车载网络。由此实现稳定的电网供电和仅稍微高一点的构件费用。与使用两个完全冗余的dc/dc转换器相比，使用公共的变压器(包括铁芯)具有封装和重量优点。

11、可行的是，dc/dc转换器作为外部组件布置在能量存储器外部，或者作为内部组件布置在能量存储器内部并且在此集成在其中。

12、本发明的主题还涉及一种用于向车辆供应电能的方法，该车辆具有至少一个高压车载网络和至少一个低压车载网络，并且包括高压电池，该高压电池包括串联连接的第一支路和第二支路。在该方法中，至少一个高压车载网络连接到高压电池的电极并且被供应电能，并且至少一个低压车载网络与dc/dc转换器的输出端连接并且被供应电能，在dc/dc转换器中，具有高压桥的第一输入模块连接至第一支路，并且具有高压桥的第二输入模块连接至第二支路，其中，两个输入模块中的每个都连接至变压器的初级绕组，该变压器具有两个初级绕组和公共的次级绕组。

13、在正常运行中，每个相位将相应一半的功率引导至变压器。在支路(电池组)的故障情况下，可以通过剩余的支路将全部功率输出到低压车载网络，即在第一支路的故障情况下，通过第二支路将全部功率输出到低压车载网络，并且在第二支路的故障情况下，通过第一支路将全部功率输出到低压车载网络。

14、可以实现对称的负载调节和电池负载。在不对称的电池充电的情况下，可以实现两个支路的对不对称性进行补偿的平衡功能。

15、在一个实施方式中，高压电池的输出电压具有在200至1200v的范围内、例如在400v至800v的范围内的值。

16、如果对高压电池进行组充电，其中，高压电池的两个线路并联连接，以便能够实现利用一半的额定电压(例如400v)的充电，那么可以将两倍的功率输出至车载网络，以便必要时运行舒适功能、例如空气调节。

17、在一个实施方式中，dc/dc转换器的输出电压具有在10v至60v的范围内、例如在12v至48v的范围内的值。

18、在该方法中，使用高压电池和具有两个独立的输入端的dc/dc或直流电流/直流电流转换器，其中，高压电池具有两个分别带有至少一个能量存储单元的线路，并且能量存储器的相应一个线路和dc/dc转换器的相应一个输入端通过线路在两侧相互连接，并且高压能量存储器的电极为至少一个高压电路提供高压电压，并且dc/dc转换器的输出端为车辆的至少一个低压电路提供低压电压。

19、可能的是，该方法的一个实施方式利用所提出的系统的一个实施方式来执行。

20、在此，与为至少一个高压电路相比，为至少一个低压电路设置更高的可用性。

21、在该方法中，电能可以在高压电池的线路或其能量存储单元与至少一个高压车载网络的部件之间进行单向或双向交换。在此可能的是，来自高压电池、即来自高压电池的至少一个线路的至少一个部件被供应电能。相应可能的是，利用来自至少一个部件的电能对高压电池的至少一个线路进行充电，或者对部件进行充电，并且在其中存储电能。部件例如构造为用于驱动车辆的电机，其在作为电动机的运行模式中将来自高压电池的电能转换为机械能并且使车辆运动。在作为发电机的运行模式中，电机例如在回收时基于运动将机械能转换为电能，电能存储在高压电池中。可能的是，部件例如构造为燃料电池并且因此构造为电源，其电能同样可以存储在高压电池中。至少一个另外的部件可以构造为车辆的致动器、传感器和/或装置，例如构造为车辆的至少一个控制装置。

22、在实现该方法和系统时，通过dc/dc转换器的上述的结构及其与高压电池的线路的连接提供对车辆的低压车载网络的高可用性的供电。在此，低压车载网络从高压电池的两个线路通过dc/dc转换器被供应电能。高压电池的线路(其也可以被称为支路)与dc/dc转换器的输入端形成用于低压车载网络的部件，例如耗电器的并联的供电路径。在此，线路的可能的故障不会导致低压车载网络的供电的故障、尤其是完全的故障，因为低压车载网络的可用性基于线路相互的平行的布置而提高。高压电池可以通过可变的电池概念来实现，其中可想到的是，线路具有不同数量的能量单元和/或不同构造的能量单元、例如电池单元和/或电容器。基于通过dc/dc转换器实现的并联的供电，输入模块的故障不会导致对低压车载网络的供电的故障。

23、要理解的是，前述的和随后还将阐述的特征可以不仅在相应说明的组合中，而且也在其他的组合中使用或单独使用，而不会脱离本发明的保护范围。