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用于機動車的車載網(wǎng)絡以及用于運行電負載的方法

文檔序號:7328318閱讀:485來源:國知局
專利名稱:用于機動車的車載網(wǎng)絡以及用于運行電負載的方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種用于機動車的車載網(wǎng)絡/車載電氣網(wǎng)絡。車載網(wǎng)絡包括車輛電池、電負載以及具有正、負連接端的蓄能器。此外,本發(fā)明還涉及一種具有這種車載網(wǎng)絡的機動車以及一種用于運行機動車的車載網(wǎng)絡中的電負載的方法。
背景技術
在機動車中,目前越來越多地使用消耗高功率的電負載。這種電負載作為機械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的替代物來使用,以便在功能得到改善的情況下實現(xiàn)低燃料消耗。在此主要涉及電動機,所述電動機例如用于轉(zhuǎn)向裝置,或者在制動系統(tǒng)(例如ESP,即“電子穩(wěn)定程序”)中使用。所述電負載的電流耗用不是恒定的,因為所述電負載僅在需要時才被接通。 用于發(fā)動機的啟動機也是這種電負載,所述啟動機的電流耗用的波動非常大,即該電流耗用與轉(zhuǎn)速相關。機動車的車載網(wǎng)絡在最簡單的情況下由車輛電池、發(fā)電機和多個耗能器構成。在發(fā)動機運行時,發(fā)電機提供電壓,用該電壓可為負載供電以及為車輛電池充電。也可以通過調(diào)節(jié)使由發(fā)電機輸出的功率與電負載的相應的瞬時電流需求相匹配。但新型的電負載使車載網(wǎng)絡承受高的脈沖式電流負荷。目前使用的發(fā)電機對于提供所述脈沖式電流或者使電壓快速提高或降低來說過于緩慢/慣性過大。因此,主要通過車輛電池來穩(wěn)定車載網(wǎng)絡電壓, 車載網(wǎng)絡電壓的品質(zhì)通過車輛電池的內(nèi)阻來確定。在高脈沖電流的情況下,車載網(wǎng)絡電壓變動/下降(einbrechen)數(shù)伏特,由此,敏感負載的功能性短暫受到干擾。這種行為尤其是對于機動車中的新型啟/停系統(tǒng)造成很大問題。過去開發(fā)出不同的用于降低電壓變動和用于保護敏感負載的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的大多數(shù)基于作為附加的蓄能器在車載網(wǎng)絡中使用的雙電層電容器或電池。在此前的很多系統(tǒng)中,附加的蓄能器與車輛電池并聯(lián);通過所述并聯(lián)使總阻抗降低,車載網(wǎng)絡的電壓變動減小。這種車載網(wǎng)絡例如已由文獻DE 10 2005 015 995 Al以及DE 10 2007 026 164 Al公開。附加的蓄能器的接通也可以在引入直流變壓器的情況下進行,這種方案在文獻WO 02/066293 Al 和 DE 198 59 036 Al 中被公開。此外,現(xiàn)有技術還包括直接通過附加的蓄能器為敏感負載供電,從而使之與高功率負載分離。這種處理方式例如在Robert Bosch GmbH的“Autoelektrik,Autoelektronik, Systeme und Komponenten”(第四版,Vieweg 出版社,威斯巴登,ISBN 3-528-13872-6)的第16頁圖7中描述。最新的趨勢在于,使附加的蓄能器、例如雙電層電容器與車輛電池串聯(lián)。這種車 iiN^Bfi Dokument Continental, ELKS 2008 "Elektrische Leistungsbordnetze und Komponenten von Stra^ enfahrzeugen”(2008年十月八日和九日的同名第一次學術交流會撰稿,布倫瑞克工業(yè)大學,ISBN:978-3-937655-17-8,第90頁)公知。在這種車載網(wǎng)絡中,通過使雙電層電容器與車輛電池串聯(lián)來補償發(fā)動機啟動時的電壓變動。因此,通過所述串聯(lián)結構,在理想狀態(tài)下,當不操作啟動機時,在負載上可提供比電池電壓大的電壓。此后進行欠電壓補償。由車輛電池和雙電層電容器構成的串聯(lián)電路也由文獻DE 10 2005 042 154 Al公開。全部現(xiàn)有技術都致力于補償車載網(wǎng)絡中的電壓變動問題。特殊的挑戰(zhàn)是,在無高投入的情況下,即尤其是在不使用昂貴的直流變壓器的情況下,不僅能補償電壓變動,而且能應對車載網(wǎng)絡中產(chǎn)生的過電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,給出一種能夠在無高投入的情況下可靠地運行所述類型的車載網(wǎng)絡中的電負載的解決方案。根據(jù)本發(fā)明,所述目的通過根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡、具有根據(jù)本發(fā)明的機動車以及根據(jù)本發(fā)明的方法來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡包括車輛電池、電負載以及具有正、負連接端的蓄能器。根據(jù)本發(fā)明,提供有轉(zhuǎn)換裝置,所述轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使蓄能器的正連接端與車輛電池聯(lián)接并使蓄能器的負連接端與電負載聯(lián)接,能使所述轉(zhuǎn)換裝置處于至少一個與第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)不同的另外的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中??刂蒲b置可使轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述至少一個另外的轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由此,根據(jù)本發(fā)明,可在電負載上提供比在車輛電池上存在的電壓低的電壓,所述在車輛電池上存在的電壓可以是電池電壓或與車輛電池并聯(lián)的發(fā)電機的發(fā)電機電壓。所述的較低的電壓通過附加的蓄能器例如雙電層電容器(也以名稱SuperCap公知)來實現(xiàn),即在不使用現(xiàn)有技術的直流變壓器的情況下實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡具有如下優(yōu)點尤其是當發(fā)電機與電池并聯(lián)時,電負載上的過電壓能得到補償。這種過電壓例如可能在與車輛電池并聯(lián)的高功率電負載被關斷時產(chǎn)生。在此情況下,在車載網(wǎng)絡中產(chǎn)生比在常規(guī)運行中由發(fā)電機產(chǎn)生的電壓高的電壓。在這種過電壓下,發(fā)電機自己不能足夠快速地補償該過電壓。在此情況下,根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡便顯得特別有利,所述車載網(wǎng)絡可補償所述過電壓,即通過使蓄能器的正連接端與車輛電池(可能情況下也與發(fā)電機)聯(lián)接并使蓄能器的負連接端與電負載聯(lián)接來進行補償。于是,由于使蓄能器變換極性而從在車輛電池上存在的電壓中減去由蓄能器提供的電壓。根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡的另一優(yōu)點在于,可進行車輛電池的再生,S卩如下地進行再生通過發(fā)電機在電池上產(chǎn)生一明顯比常規(guī)運行中的車載網(wǎng)絡電壓明顯高、進而明顯比車輛電池的標稱電壓高的電壓(例如在標稱電壓為12伏特的情況下為17伏特)。于是, 可借助于蓄能器為電負載降低所述的由發(fā)電機產(chǎn)生的電壓。通過在一確定的時間段中在車輛電池上作用較高的電壓,可通過氣泡接觸/氣泡攪動(Gasblasenrilhrung)消除車輛電池的酸層。由此,車輛電池的有效電容上升,并且所述車輛電池的內(nèi)阻降低。在車輛電池的這種再生中,還使沉積/分離的硫酸鉛的晶體大小改變。即,在車輛電池的使用壽命內(nèi),小的 PbSO4晶體越來越多地重新結晶成較大并且難于溶解的晶體。由此,硫酸鉛晶體(硫化物) 的活性質(zhì)量降低。在車輛電池上作用較高的電壓使得硫酸鉛的晶體大小或晶體結構如下地變化硫酸鉛從不可溶解的形態(tài)轉(zhuǎn)變成可溶解的形態(tài)并且由此可繼續(xù)參與充放電過程。由此使車輛電池的有效電容上升、內(nèi)阻降低。
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應當指出根據(jù)本發(fā)明的車載網(wǎng)絡的另一優(yōu)點如果電負載是用于發(fā)動機的啟動機,則在啟動過程開始時可借助于蓄能器降低啟動機上的電壓。啟動機是直流電動機,因此在啟動過程開始時,啟動機僅被看作是一個短路電路。由此,通過在啟動過程開始時降低電壓可降低通常非常高(大約1000安培)的電流。由此,在其它的前提條件下(參見下文), 與現(xiàn)有技術相比可使整個啟動過程加速。在一實施形式中提出,轉(zhuǎn)換裝置在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使車輛電池與電負載聯(lián)接。于是,蓄能器被跨接/跳接/橋接并且在電負載上作用有與車輛電池上的電壓相同的電壓。轉(zhuǎn)換裝置的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)可以對應于車載網(wǎng)絡的常規(guī)運行,在所述常規(guī)運行中,電負載直接與車輛電池連接,優(yōu)選還與一與車輛電池并聯(lián)的發(fā)電機連接。如果例如在車載網(wǎng)絡中出現(xiàn)過電壓,則轉(zhuǎn)換裝置可從第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)到達第一轉(zhuǎn)換狀態(tài),并能使過電壓得到補償??刂蒲b置可通過驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置而在電負載上提供平均值處于Ub-Us到Ub的值域內(nèi)的電壓。在此,Ub是在車輛電池上存在的電壓,其可以是發(fā)電機電壓或電池電壓,而仏是通過蓄能器提供的電壓。例如可實施成,控制裝置使轉(zhuǎn)換裝置以預先確定的頻率交替地在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。通過相應地選擇使蓄能器連接在車輛電池與電負載之間的時間與使蓄能器被跨接的時間之間的比例,可在前面給出的值域內(nèi)實現(xiàn)電負載上的電壓的任意平均值。由此可補償任意的過電壓,所述過電壓可以是小的過電壓,也可以是大的過電壓。僅須相應地調(diào)節(jié)平均值。這一點例如可以在如下過程中實施電負載是敏感負載,例如無線電設備。發(fā)電機以及作為高功率負載的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機與車輛電池并聯(lián)。機動車的駕駛員首先直行駕駛,由此不操作電動機。在該時間期間,車輛電池和與所述車輛電池并聯(lián)的發(fā)電機直接與無線電設備連接,即蓄能器被跨接??刂蒲b置在這樣的常規(guī)運行中這樣調(diào)節(jié)發(fā)電機,使得發(fā)電機提供例如14. 5伏特的車載網(wǎng)絡電壓。此時駕駛員使車輛向左轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動機工作。在電動機工作期間,發(fā)電機使車載網(wǎng)絡電壓提高,使得車載網(wǎng)絡電壓不偏離14. 5伏特的值。如果轉(zhuǎn)向動作結束,則電動機被關斷,車載網(wǎng)絡電壓提高到例如17伏特。發(fā)電機過于緩慢而不能快速補償所述過電壓。這時控制裝置使轉(zhuǎn)換裝置交替地在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換,即通過蓄能器使車載網(wǎng)絡電壓又降低到14. 5 伏特。也就是說,轉(zhuǎn)換裝置交替地在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換,以使得由可提供例如5伏特的最大電壓的蓄能器提供平均值為-2. 5伏特的電壓。由此確保,在驅(qū)動電機被關斷之后車載網(wǎng)絡電壓本身被調(diào)節(jié)到14. 5伏特??梢蕴岢?,轉(zhuǎn)換裝置在第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使蓄能器的正連接端與電負載聯(lián)接并使蓄能器的負連接端與車輛電池聯(lián)接。于是,在電負載上也可能存在比在車輛電池上存在的電壓高的電壓。該實施形式用于使在車載網(wǎng)絡中例如由于接通高功率負載而產(chǎn)生的電壓變動能得到補償。尤其是當發(fā)電機與車輛電池并聯(lián)時,通過使轉(zhuǎn)換裝置到達第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中可快速補償欠電壓。也就是說,發(fā)電機過于緩慢而不能快速補償由于高功率負載造成的電壓變動。通常當車載網(wǎng)絡電壓低于10. 8伏特時使敏感電負載被關斷。由此,該實施形式的特殊優(yōu)點在于,可避免在產(chǎn)生電壓變動時關斷敏感負載。由此,在該實施形式中,轉(zhuǎn)換裝置可至少在蓄能器的正連接端與車輛電池聯(lián)接的第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與蓄能器極性反向的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這種組合允許補償車載網(wǎng)絡中的過電壓和欠電壓。如果還包括蓄能器被跨接的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài),則可任意地在A-Us到uB+us的值域內(nèi)調(diào)整電負載上的電壓。轉(zhuǎn)換裝置的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)也可與第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)相結合地用于在車載網(wǎng)絡投入工作時和/或在從車載網(wǎng)絡的一個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€工作狀態(tài)中時使蓄能器預熱到確定的溫度。因此可提出,在蓄能器的預熱階段中和/或在從一個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€工作狀態(tài)中時使轉(zhuǎn)換裝置交替地在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。于是,蓄能器被多次充電又放電,直到蓄能器升溫到確定的工作溫度??刂蒲b置可通過驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置而在電負載上提供平均值處于Ub到UB+US的值域內(nèi)的電壓。這一點例如可這樣來實現(xiàn)控制裝置使轉(zhuǎn)換裝置交替地在使蓄能器的正連接端與負載聯(lián)接的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)與蓄能器被跨接的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。因此,可通過使轉(zhuǎn)換裝置相應地轉(zhuǎn)換來補償車載網(wǎng)絡中的任意電壓變動,例如以如下的方式和方法進行補償駕駛員駕駛機動車直行。在該時間期間,制動系統(tǒng)的與車輛電池并聯(lián)的電動機關斷??刂蒲b置將由發(fā)電機產(chǎn)生的車載網(wǎng)絡電壓調(diào)節(jié)到14. 5伏特。這時駕駛員操作機動車的制動器。制動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機被激活,在該動作開始時車載網(wǎng)絡電壓變動,例如變動到12伏特。因為發(fā)電機過于緩慢而不能快速補償該電壓變動,所以控制裝置使轉(zhuǎn)換裝置交替地在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間這樣轉(zhuǎn)換,使得車載網(wǎng)絡電壓又被調(diào)整到14. 5伏特。由此,使12伏特的發(fā)電機電壓周期性地(periodisch)加上例如 5伏特的蓄能器電壓,從而能通過轉(zhuǎn)換裝置的相應轉(zhuǎn)換而在電負載上提供平均值為14. 5伏特的電壓。由此使敏感負載的工作不受影響。也可以設置轉(zhuǎn)換裝置的第四轉(zhuǎn)換狀態(tài),在所述第四轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,轉(zhuǎn)換裝置使電負載與車輛電池分開。以此方式提供用于電負載的反極性保護如果為了啟動其它機動車而將外部電池以錯誤的極性連接在車輛電池上,則通過轉(zhuǎn)換裝置中斷通向電負載的電流回路,并且保護電負載免受錯誤的反極性的影響。當在車載網(wǎng)絡中設置多個希望利用唯一的繼電器與車輛電池分開的電負載時,該實施形式也被證實是特別有利的。于是,僅須使轉(zhuǎn)換裝置達到第四轉(zhuǎn)換狀態(tài),而不必使電負載分別與車輛電池分開。被證實特別有利的是,一低通濾波器與轉(zhuǎn)換裝置相聯(lián)接。這種濾波器可具有與轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)的線圈以及與轉(zhuǎn)換裝置和線圈的串聯(lián)電路并聯(lián)的電容器。于是,在電負載上可提供平滑的電壓,即直流電壓。所述直流電壓的幅值于是相當于電池上存在的電壓和通過蓄能器提供的電壓的總和的平均值。原則上,在車載網(wǎng)絡中,以下兩個替換方案可以是有意義的一方面,發(fā)電機可以與車輛電池并聯(lián)。于是,可通過轉(zhuǎn)換裝置使車輛電池和發(fā)電機的并聯(lián)電路與電負載聯(lián)接。在此,當接通或關斷與發(fā)電機并聯(lián)的高功率負載時,可通過相應地驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置使電負載上的電壓穩(wěn)定。另一方面,電負載本身可以是一高功率負載,例如用于發(fā)動機的啟動機。于是,能夠?qū)Ω吖β守撦d進行電壓可變的驅(qū)控。如果用于產(chǎn)生發(fā)電機電壓的發(fā)電機與車輛電池并聯(lián),則可提出,控制裝置根據(jù)發(fā)電機電壓的相應瞬時值來驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置??刂蒲b置例如可將在電負載上存在的電壓調(diào)節(jié)到一預期值,即通過相應地驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置來調(diào)節(jié)。如果發(fā)電機電壓變動,則控制裝置可通過相應地接通蓄能器來補償所述電壓變動。如果在發(fā)電機上存在過電壓,也可以通過上述地相應驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置來補償該過電壓。在用于產(chǎn)生發(fā)電機電壓的發(fā)電機與車輛電池并聯(lián)并且控制裝置在常規(guī)運行中將發(fā)電機電壓調(diào)整到一比車輛電池的標稱電壓高的第一值的實施形式中提出,控制裝置在再生運行中使發(fā)電機電壓提高到一比該第一值大的預先確定的第二值。因此,在再生運行中,發(fā)電機電壓被調(diào)整得明顯比車輛電池的標稱電壓高。在這種再生運行中,通過氣泡接觸來消除在車輛電池的使用壽命中形成的酸層,車輛電池的有效電容提高。在該再生運行中,車輛電池的內(nèi)阻也降低。此外,通過用高電壓加載車輛電池可使分離的硫酸鉛的晶體大小如下變化硫酸鉛從不可溶解的形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芙獾男螒B(tài)、進而能繼續(xù)參與充、放電過程。在用于產(chǎn)生發(fā)電機電壓的發(fā)電機與車輛電池并聯(lián)并且控制裝置在常規(guī)運行中將發(fā)電機電壓調(diào)整到一比車輛電池的標稱電壓高的第一值的實施形式中提出,控制裝置在回收運行中使發(fā)電機電壓提高到比該第一值大的預先確定的第二值。因此,在回收運行中,發(fā)電機電壓被調(diào)整得比車輛電池的標稱電壓高。在這種回收運行中可對車輛電池充電,其中, 在機動車制動時或者在減速滑行/慣性行駛中產(chǎn)生的動能被轉(zhuǎn)化成電能并且儲存在車輛電池中。在回收運行中,優(yōu)選使轉(zhuǎn)換裝置達到第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)或第四轉(zhuǎn)換狀態(tài),使得電負載與發(fā)電機直接連接或者與發(fā)電機脫離?;厥者\行的持續(xù)時間優(yōu)選比再生運行的持續(xù)時間小。如果電負載是用于發(fā)動機的啟動機,則蓄能器能夠?qū)舆^程進行支持在接通啟動機時,即在啟動過程開始時,控制裝置可以這樣驅(qū)控轉(zhuǎn)換裝置,使得在啟動機上存在比電池電壓低的電壓。這一點例如可以由控制裝置通過以下方式實現(xiàn)使轉(zhuǎn)換裝置到達蓄能器的正連接端與車輛電池聯(lián)接的第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)或者使轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換。即在啟動過程開始時,在啟動機上存在比電池電壓低的電壓。由此, 在啟動過程開始時流過啟動機的電流較小并且車輛電池所承受的負載較小。在啟動過程開始后的預先確定的時間段之后,可使啟動機上存在的電壓提高。如果啟動機轉(zhuǎn)動,則啟動機不再被看作是短路。由此,可以在車輛電池不承受負載的情況下使啟動機上的電壓與啟動過程開始時相比提高。通過這種處理方式,可以明顯比在恒定電壓的情況下更快地使發(fā)動機進入工作,由此,與現(xiàn)有技術相比車輛電池承受的負載也更小。由此還提高了車輛電池的壽命。可以實現(xiàn)在啟動過程期間在啟動機上存在的電壓的極其不同的變化曲線。例如可規(guī)定在Ub-Us與UB+US之間的線性變化曲線。同樣也可以使啟動機上的電壓以對數(shù)曲線方式上升,即可以使電壓首先以大斜度上升,以便然后較緩慢地逼近隊+仏值。因此,可以根據(jù)發(fā)動機來設定啟動機上的電壓的相應的最優(yōu)變化曲線。此外,可有意義地借助于轉(zhuǎn)換裝置實現(xiàn)啟動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的同步。這一點尤其適用于發(fā)動機在單次行駛期間多次停機并再啟動的啟停系統(tǒng)。在啟停系統(tǒng)中存在如下狀況例如在十字路口駐車時使發(fā)動機轉(zhuǎn)變?yōu)橥V鼓J?,但駕駛員在同一時刻又要繼續(xù)行駛。通常在發(fā)動機再啟動前持續(xù)非常長的時間,這是因為在啟動機能再與發(fā)動機的齒圈 (Zahnkranz)嚙合之前,必須首先使慣性運轉(zhuǎn)的發(fā)動機靜止。因此,在一個實施形式中提出, 在引入發(fā)動機的啟動過程之前,即在啟動機與發(fā)動機的齒圈嚙合之前,借助于轉(zhuǎn)換裝置使啟動機的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速匹配。優(yōu)選地,控制裝置設計用于,通過使轉(zhuǎn)換裝置到達第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)或通過使轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換,從而將在啟動過程開始之前啟動機上存在的電壓調(diào)整到比電池電壓低的值。由此,可首先使啟動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速同步。如果啟動機與發(fā)動機同步運轉(zhuǎn),則可以使啟動機與發(fā)動機的齒圈嚙合, 以便使發(fā)動機重新進入工作。也可以提出,一旦啟動機與齒圈相連接,控制裝置便使在啟動機上存在的電壓提高。例如,在此控制裝置可使轉(zhuǎn)換裝置到達第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)或者在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。通過這種處理方式,總體上使啟動過程加速,駕駛員可在
8駐車之后立即再次駛出。如果發(fā)電機與電負載并聯(lián),則可以在車載網(wǎng)絡中設置回收運行(模式)??刂蒲b置可在常規(guī)運行中將發(fā)電機電壓調(diào)整到一通常比車輛電池的標稱電壓高的第一值,而在回收運行中將其調(diào)整到一比該第一值高的預先確定的第二值。如果在回收運行中使轉(zhuǎn)換裝置到達蓄能器的負連接端與車輛電池聯(lián)接的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài),則在此情況下不僅能為蓄能器充電而且能為車輛電池充電。在回收運行中,例如可以將在機動車制動時或在減速滑行中產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化成電能并且儲存在蓄能器和車輛電池中。在回收運行之后,優(yōu)選直接進行蓄能器放電的牽引運行。于是,可使發(fā)電機電壓降低到最小,例如降低到12伏特,并且可以節(jié)省燃料?;厥者\行例如可以表現(xiàn)為駕駛員使機動車在第五檔加速到一確定的速度,例如加速到120千米每小時。駕駛員將油門踏板松開并且在第五檔位繼續(xù)行駛,機動車轉(zhuǎn)變?yōu)闇p速滑行。在該減速滑行中,機動車通過發(fā)動機制動,不消耗燃料。在該時間期間,發(fā)電機電壓被調(diào)整到17伏特,即比常規(guī)運行中的14. 5伏特車載網(wǎng)絡電壓高??刂蒲b置使轉(zhuǎn)換裝置到達蓄能器的正連接端與發(fā)電機(與電負載并聯(lián))聯(lián)接并且蓄能器的負連接端與車輛電池聯(lián)接的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)。由此,不僅給蓄能器充電,而且給車輛電池充電。如果駕駛員重新操作油門踏板,則車輛再加速。在此時刻,從回收運行轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳\行,在該牽引運行中,發(fā)電機電壓被降低到12伏特,即被調(diào)整到明顯比常規(guī)運行中的14. 5伏特的車載網(wǎng)絡電壓低??刂蒲b置使轉(zhuǎn)換裝置到達第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,蓄能器的正連接端與車輛電池聯(lián)接。這樣便使蓄能器放電,從而使在車輛電池上存在的電壓比12伏特的發(fā)電機電壓高,例如為14. 5伏特。由此可節(jié)省燃料,這是因為發(fā)電機對機動車的動力傳動系/動力總成施加的負載很小。轉(zhuǎn)換裝置可包括-第一開關,尤其是M0SFET,通過所述第一開關能使車輛電池與蓄能器的正連接端聯(lián)接,-第二開關,尤其是M0SFET,通過所述第二開關能使電負載與蓄能器的正連接端聯(lián)接,-第三開關,尤其是M0SFET,通過所述第三開關能使車輛電池與蓄能器的負連接端聯(lián)接,-第四開關,尤其是M0SFET,通過所述第四開關能使電負載與蓄能器的負連接端聯(lián)接。通過使用M0SFET,可在蓄能器變換極性時實現(xiàn)不能通過傳統(tǒng)繼電器實現(xiàn)的高轉(zhuǎn)換頻率。優(yōu)選使用不設有寄生二極管的M0SFET。這種MOSFET近年來可在市場上買到。通過使用這種MOSFET可實現(xiàn)負載與車輛電池之間的完全脫離。本發(fā)明還涉及一種包括上述車載網(wǎng)絡的機動車。根據(jù)本發(fā)明的方法用于運行機動車的車載網(wǎng)絡中的電負載。提供有電壓產(chǎn)生單元 (例如車輛電池或發(fā)電機)和蓄能器(例如雙電層電容器),所述電壓產(chǎn)生單元提供供電電壓。在該方法中,在至少一個預先確定的時間段中,使蓄能器這樣與負載和電壓產(chǎn)生單元聯(lián)接,使得在負載上存在的電壓比供電電壓低。這樣便能借助蓄能器來補償在車載網(wǎng)絡中產(chǎn)生的過電壓。


下面借助于各個優(yōu)選實施例以及參照附圖詳細描述本發(fā)明,其中,圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施形式的機動車車載網(wǎng)絡;以及圖2表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施形式的機動車車載網(wǎng)絡。
具體實施例方式圖1所示的車載網(wǎng)絡10包括發(fā)電機12、與發(fā)電機12并聯(lián)的高功率負載14和與發(fā)電機12并聯(lián)的車輛電池16。車輛電池16是氫氰酸電池(Blausaeurebatterie)。發(fā)電機 12、高功率負載14和車輛電池16連接在初極18與參考電勢20之間。車輛電池16例如具有大約12伏特的標稱電壓。初極18通過轉(zhuǎn)換裝置22和線圈M與次極沈聯(lián)接。與轉(zhuǎn)換裝置22和線圈M的串聯(lián)電路并聯(lián)一電容器觀。線圈M和電容器觀構成低通濾波器。線圈M的電感例如可處于微亨(μ H)的范圍內(nèi)。電容器觀的電容例如為10 μ F。在次極沈與參考電勢20之間聯(lián)接有多個敏感電負載30。負載30例如可以是無線電設備、前照燈、用于雨刷器的電動機等。在次極26與參考電勢20之間即作用在負載30 上的電壓被稱為車載網(wǎng)絡電壓Uv。在發(fā)電機12上存在發(fā)電機電壓Ue,在車輛電池16上存在電池電壓UB。基于并聯(lián)電路而滿足uc = UB。車載網(wǎng)絡10包括雙電層電容器32作為蓄能器,所述雙電層電容器具有正連接端 ;34和負連接端36。轉(zhuǎn)換裝置22包括第一、第二、第三和第四電開關38、40、42、44。雙電層電容器32的正連接端34可通過第一開關38與初極18聯(lián)接,可通過第二開關40并且通過線圈M與次極26聯(lián)接。相應地,雙電層電容器32的負連接端36可通過第三開關42與初極18連接并且可通過第四開關44與線圈M連接。提供一對轉(zhuǎn)換裝置22進行驅(qū)控并且對發(fā)電機電壓Ug進行調(diào)節(jié)的控制裝置46。在轉(zhuǎn)換裝置22的第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,第一開關38和第四開關44接合,由此,雙電層電容器32的正連接端與初極18聯(lián)接、進而與車輛電池16聯(lián)接。在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中, 雙電層電容器32的負連接端36通過線圈M與次極沈聯(lián)接、進而與電負載30聯(lián)接。在轉(zhuǎn)換裝置22的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,第一開關38和第二開關40接合,即雙電層電容器32被跨接。在第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,第二開關40和第三開關42接合正連接端34與線圈M聯(lián)接,負連接端36與初極18聯(lián)接。在第四轉(zhuǎn)換狀態(tài)中,全部開關38、40、42、44斷開或者是第一、第三開關38、42和/ 或第二、第四開關40、44成對地斷開。在所述第四狀態(tài)中,初極18與次極沈分開。下面描述如圖1所示的車載網(wǎng)絡10的可能的工作狀態(tài)。常規(guī)運行在常規(guī)運行中,發(fā)電機12提供Ug = 14. 5伏特的電壓。所述電壓稍高于車輛電池 16的標稱電壓,以便不對所述車輛電池加載。即在車輛電池16上存在的電壓Ub也為14. 5 伏特。在常規(guī)運行中,轉(zhuǎn)換裝置22處于第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)中雙電層電容器32通過開關38、40 和/或通過開關42、44被跨接。這意味著,車載網(wǎng)絡電壓Uv等于發(fā)電機電壓Ugo
10
充電運行在對雙電層電容器32充電的充電運行中,發(fā)電機12也產(chǎn)生電壓Ue= 14. 5伏特。 在所述充電運行中,轉(zhuǎn)換裝置22在第一與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換。即第一開關38在充電運行中保持接合,而第二開關40和第四開關44交替轉(zhuǎn)換。為了將車載網(wǎng)絡電壓Uv大致調(diào)整到Uv = Ue,第二開關40接合的持續(xù)時間比第四開關44接合的持續(xù)時間明顯長。因此,在大多數(shù)時間中,雙電層電容器32被跨接。在關斷負載時的過電壓補償當高功率負載14突然被關斷時,發(fā)電機電壓Ue提高。發(fā)電機電壓Ue例如可從14. 5 伏特提高到17伏特。發(fā)電機12過于緩慢而不能快速補償所述電壓提高。在此,包括轉(zhuǎn)換裝置22和雙電層電容器32在內(nèi)的橋電路是有益的。如果在初極18與參考電勢20之間產(chǎn)生過電壓,則控制裝置46將轉(zhuǎn)換裝置22從雙電層電容器32被跨接的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換到雙電層電容器32的正連接端34與初極18聯(lián)接的第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中。于是滿足UV = Ue-&。 即車載網(wǎng)絡電壓Uv在此情況下被調(diào)整到14. 5伏特的值。為了在5伏特的雙電層電容器32 中將車載網(wǎng)絡電壓Uv調(diào)整到所述值,可能需要使轉(zhuǎn)換裝置22交替在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。因此可獲得車載網(wǎng)絡電壓Uv的任意平均值。于是借助于包括線圈M 和電容器28在內(nèi)的低通濾波器來平滑車載網(wǎng)絡電壓Uv。由此可在Ue-Us和Ue+Us的值域內(nèi)任意調(diào)整車載網(wǎng)絡電壓Uv。負載接通時的欠電壓補償如果高功率負載14被接通,則發(fā)電機電壓Ue變動。例如發(fā)電機電壓Ue可從14. 5 伏特變動到12伏特。于是,控制裝置46使轉(zhuǎn)換裝置22從雙電層電容器32被跨接的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換到雙電層電容器32的負連接端36與初極18連接的第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中。為了將車載網(wǎng)絡電壓Uv調(diào)節(jié)到14. 5伏特,可能需要使轉(zhuǎn)換裝置22在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)與第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換。再生運行通過車載網(wǎng)絡10也可引入用于車輛電池16的再生運行。在這種運行中,在一預定的時間段中發(fā)電機電壓Ue被調(diào)整到比車輛電池16的標稱電壓明顯高的值。例如發(fā)電機電壓Ue可調(diào)整到17伏特。在再生運行期間,車載網(wǎng)絡電壓Uv例如可調(diào)節(jié)到14. 5伏特或者可以使次極26與初極18脫離。通過用高電壓加載車輛電池16,有效電容上升并且車輛電池16的內(nèi)阻降低。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施形式的車載網(wǎng)絡10。根據(jù)圖2的車載網(wǎng)絡10基本上與根據(jù)圖1的車載網(wǎng)絡相應,因此,下面僅僅描述二者之間的區(qū)別。車輛電池16在此聯(lián)接在次極沈與參考電勢20之間,即與電負載30并聯(lián)。作為高功率負載,與發(fā)電機12并聯(lián)地聯(lián)接用于啟動機動車發(fā)動機的啟動機48。與次極沈聯(lián)接的電負載在此具有附圖標記 50。在圖2所示的車載網(wǎng)絡10中,設有下列工作狀態(tài)回收運行在回收運行中,在機動車中原則上不消耗燃料。該運行例如包括借助于制動系統(tǒng)進行的制動以及減速滑行,在所述減速滑行中,機動車通過發(fā)動機本身制動。在此,制動能量得到利用發(fā)電機電壓Ue例如調(diào)整到17伏特,S卩比常規(guī)運行中的14.5伏特高。在回收運行中,轉(zhuǎn)換裝置22轉(zhuǎn)換到雙電層電容器32的正連接端36與初極18聯(lián)接、進而與發(fā)電機 12聯(lián)接的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中。雙電層電容器32的負連接端36在所述回收運行中與次極沈聯(lián)接、 進而與車輛電池16聯(lián)接。因此,不僅可對雙電層電容器32充電,而且可對車輛電池16充電。如果雙電層電容器32被完全充電,則所述雙電層電容器可變換極性,以便允許對車輛電池16繼續(xù)充電。因此,在回收運行中,在不消耗燃料的情況下不僅對雙電層電容器32充電,而且對車輛電池16充電。牽引運行牽引運行直接與回收運行相接。在回收運行中儲存在雙電層電容器32中的能量在此被輸出給電負載50,由此可使發(fā)電機電壓Ue減小到12伏特。由此,即使在降低的發(fā)電機電壓Ue= 12下,車載網(wǎng)絡電壓Uv仍為14. 5伏特。以此方式可節(jié)省燃料。啟動支持在啟動發(fā)動機時,機動車靜止,發(fā)電機12不提供能量。由此必須借助于電池電壓Ub 才能由啟動機48使發(fā)動機啟動。在發(fā)電機12被關斷的情況下,電池電壓大約為12伏特。 在啟動過程開始時,雙電層電容器32的正連接端34與車輛電池16聯(lián)接,并且所述雙電層電容器的負連接端36與啟動機48聯(lián)接。由此,在啟動過程開始時,雙電層電容器32被充電,使得在啟動機48上存在比電池電壓Ub低的電壓。例如,在啟動機48上存在的電壓在啟動過程開始時為Ub-Us = 7伏特。由此實現(xiàn)流過首先被短路的啟動機48的電流不變得過大,由此使車輛電池16不過載。在開始啟動過程后約50毫秒之后,雙電層電容器32變換極性,由此,所述雙電層電容器的正連接端34與啟動機48聯(lián)接,而所述雙電層電容器的負連接端36與車輛電池16聯(lián)接。因此,在大約50毫秒之后,啟動機48上的電壓提高,例如提高到隊+仏=17伏特。通過這種處理方式,與現(xiàn)有技術相比明顯縮短了啟動發(fā)動機所需的時間。因此,總地來講,提供了一種車載網(wǎng)絡10,在所述車載網(wǎng)絡中能夠在無需高投入的情況下實現(xiàn)多個功能。通過轉(zhuǎn)換裝置22不僅能補償過電壓,而且能補償欠電壓。此外,發(fā)動機的啟動過程可得到支持。
1權利要求
1.一種用于機動車的車載網(wǎng)絡(10),包括-車輛電池(16),-電負載(30,48)以及-具有正連接端(34)和負連接端(36)的蓄能器(32),其特征在于-設有轉(zhuǎn)換裝置(22),所述轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使所述蓄能器(3 的正連接端 (34)與所述車輛電池(16)聯(lián)接并使所述蓄能器(32)的負連接端(36)與所述電負載(30, 48)聯(lián)接,能使所述轉(zhuǎn)換裝置處于至少一個與所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)不同的另外的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中, 以及-設有控制裝置(46),所述控制裝置設計用于使所述轉(zhuǎn)換裝置0 在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述另外的轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權利要求1的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置0 在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使所述車輛電池(16)與所述電負載(30,48)聯(lián)接,由此使所述蓄能器(3 被跨接。
3.根據(jù)權利要求1或2的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述控制裝置G6)設計用于通過驅(qū)控所述轉(zhuǎn)換裝置0 ——在引用權利要求2的情況下尤其是通過使所述轉(zhuǎn)換裝置 (22)在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換——而在所述電負載(30,48) 上提供平均值處于Ub-Us到Ub的值域內(nèi)的電壓(Uv),其中,Ub是在所述車輛電池(16)上存在的電壓,而仏是通過所述蓄能器(3 提供的電壓。
4.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置0 在第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使所述蓄能器(3 的正連接端(34)與所述電負載(30,48)聯(lián)接,并使所述蓄能器(3 的負連接端(36)與所述車輛電池(16)聯(lián)接。
5.根據(jù)權利要求4的車載網(wǎng)絡(10),其中,與所述電負載08)并聯(lián)一發(fā)電機(12),所述控制裝置G6)設計用于在常規(guī)運行中將發(fā)電機電壓(Ue)調(diào)整到比所述車輛電池(16)的標稱電壓(12伏特)高的第一值(14. 5伏特),其特征在于所述控制裝置G6)還設計用于在回收運行中將發(fā)電機電壓(Ue)調(diào)節(jié)到比所述第一值(14. 5伏特)大的、預先確定的第二值(17伏特)并且使所述轉(zhuǎn)換裝置0 到達第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中。
6.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述控制裝置G6)設計用于通過驅(qū)控所述轉(zhuǎn)換裝置0 ——在引用權利要求2和4的情況下尤其是通過使所述轉(zhuǎn)換裝置0 在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換——而在所述電負載(30, 48)上提供平均值處于隊到隊+仏的值域內(nèi)的電壓(Uv),其中,隊是在所述車輛電池(16)上存在的電壓,而仏是通過所述蓄能器(3 提供的電壓。
7.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置0 在第四轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使所述電負載(30,48)與所述車輛電池(16)分開。
8.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于與所述轉(zhuǎn)換裝置0 聯(lián)接有低通濾波器04,觀)。
9.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其中,與所述車輛電池(16)并聯(lián)有用于產(chǎn)生發(fā)電機電壓(Ue)的發(fā)電機(12),其特征在于所述控制裝置G6)設計用于根據(jù)所述發(fā)電機電壓(Ue)的相應瞬時值來驅(qū)控所述轉(zhuǎn)換裝置(22),尤其是將在所述電負載(30)上存在的電壓調(diào)節(jié)到一預期值。
10.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其中,與所述車輛電池(16)并聯(lián)有用于產(chǎn)生發(fā)電機電壓( )的發(fā)電機(12),所述控制裝置06)設計用于在常規(guī)運行中將所述發(fā)電機電壓(Ue)調(diào)整到比所述車輛電池(16)的標稱電壓(12伏特)高的第一值(14. 5伏特),其特征在于所述控制裝置G6)還設計用于在再生運行和/或回收運行中將發(fā)電機電壓(Ue)調(diào)節(jié)到比所述第一值(14. 5伏特)高的、預先確定的第二值(17伏特)。
11.根據(jù)權利要求1至8之一的車載網(wǎng)絡(10),其中,所述電負載(30,48)是用于發(fā)動機的啟動機(48),其特征在于所述控制裝置G6)設計用于在所述啟動機G8)被接通時使所述轉(zhuǎn)換裝置0 在一預先確定的時間段中處于所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中或者交替在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換,由此,在所述啟動機G8)上存在比在所述車輛電池(16)上存在的電壓( )低的電壓。
12.根據(jù)權利要求11的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述控制裝置G6)設計用于,在所述啟動機G8)被接通后又經(jīng)過一預先確定的時間段之后,使在所述啟動機G8)上存在的電壓提高,尤其是在引用權利要求4的情況下使所述轉(zhuǎn)換裝置0 處于所述第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)中或者交替地在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)與所述第三轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
13.根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10),其特征在于所述轉(zhuǎn)換裝置0 包括 -第一開關(38),尤其是M0SFET,所述車輛電池(16)能通過所述第一開關與所述蓄能器(3 的正連接端(34)聯(lián)接,-第二開關(40),尤其是M0SFET,所述電負載(30)能通過所述第二開關與所述蓄能器 (32)的正連接端(34)聯(lián)接,-第三開關(42),尤其是M0SFET,所述車輛電池(16)能通過所述第三開關與所述蓄能器(3 的負連接端(36)聯(lián)接,-第四開關(44),尤其是M0SFET,所述電負載(30)能通過所述第四開關與所述蓄能器 (32)的負連接端(34,36)聯(lián)接。
14.一種機動車,具有根據(jù)上述權利要求之一的車載網(wǎng)絡(10)。
15.一種用于運行機動車的車載網(wǎng)絡(10)中的電負載(30,48)的方法,其中,提供有電壓產(chǎn)生單元和蓄能器(32),所述電壓產(chǎn)生單元提供供電電壓,其特征在于在至少一個預先確定的時間段中,使所述蓄能器(3 這樣與所述負載(30,48)和所述電壓產(chǎn)生單元聯(lián)接,使得在所述負載(30,48)上存在的電壓比所述供電電壓低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠在無高投入的情況下有利地運行機動車的車載網(wǎng)絡(10)的解決方案。本發(fā)明提供了一種車載網(wǎng)絡(10),其包括車輛電池(16)、電負載(30,48)以及具有正、負連接端(34,36)的蓄能器(32)。設有轉(zhuǎn)換裝置(22),所述轉(zhuǎn)換裝置在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中使正連接端(34)與車輛電池(16)聯(lián)接并使負連接端(36)與電負載(30,48)聯(lián)接,轉(zhuǎn)換裝置能到達至少一個另外的轉(zhuǎn)換狀態(tài)中。在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中能補償過電壓,因為使蓄能器(32)與車輛電池(16)反極性地并聯(lián)。優(yōu)選提出,使蓄能器(32)能改變極性并且能被跨接。另外,實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換裝置(22)的使電負載(30,48)與車輛電池(16)脫離的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
文檔編號H02M3/07GK102460922SQ201080025533
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月22日 優(yōu)先權日2009年6月9日
發(fā)明者J·普福爾, J·溫克勒 申請人:因戈爾施塔特大學, 奧迪股份公司
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