本發(fā)明涉及用于在車輛的車載電網(wǎng)中提供多個電蓄能器的方法和相應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

車輛(尤其是道路車輛、如轎車、貨車或摩托車)通常具有車載電網(wǎng)，其構(gòu)造用于由電能蓄能器(如低壓電池)為車輛的一個或多個耗電器供應(yīng)電能。

在車輛的車載電網(wǎng)中使用多個蓄能器可以是有利的，以便例如延長各個蓄能器的使用壽命，從而提高功率輸出和/或以更高程度將車輛動能回收為電能并存儲于車載電網(wǎng)中。尤其是在低壓車載電網(wǎng)中(例如在約12v的車載電網(wǎng)電壓下)除了鉛蓄電池外也可使用一個或多個其它蓄能器(如一個或多個鋰蓄電池)，以便存儲由車輛發(fā)電機(如交流發(fā)電機)回收的電能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文的技術(shù)任務(wù)在于提供用于車輛車載電網(wǎng)的蓄能器的有利組合。此外，本文的技術(shù)任務(wù)還在于以有利的方式運行車輛車載電網(wǎng)的蓄能器組合。

所述任務(wù)通過獨立權(quán)利要求解決。有利的實施方式在從屬權(quán)利要求中給出。

根據(jù)一個方面說明一種用于車輛(尤其是用于道路車輛、如轎車、貨車或摩托車)的車載電網(wǎng)。該車載電網(wǎng)包括第一蓄能器和第二蓄能器。該第一蓄能器和第二蓄能器可彼此并聯(lián)設(shè)置在車載電網(wǎng)中，必要時通過耦合元件設(shè)置在車載電網(wǎng)中，該耦合元件可完全或部分阻尼第一蓄能器和第二蓄能器之間的連接。

第一蓄能器在第一蓄能器充滿電時具有第一最大開路電壓并且第二蓄能器在第二蓄能器充滿電時具有第二最大開路電壓。在此，第二最大開路電壓大于第一最大開路電壓。在第一最大開路電壓和第二最大開路電壓之間的范圍可用于將電能(必要時循環(huán)地)充入第二蓄能器中和/或從第二蓄能器中取出，在此充電電流或放電電流并不加載第一蓄能器。因此可提高第一蓄能器的使用壽命。

第二最大開路電壓可小于或等于第一蓄能器的最大允許電壓。由此可確保第一蓄能器不因車載電網(wǎng)電壓升高至第二最大開路電壓而損壞。必要時第二蓄能器也可具有高于第一蓄能器的最大允許電壓的第二最大開路電壓。由此存在保持未使用的第二蓄能器的容量區(qū)域。這對于第二蓄能器的使用壽命是有利的。

此外，第二蓄能器的第二最小開路電壓可小于第一蓄能器的第一最大開路電壓。因此在需要時兩個蓄能器可同時用于吸收能量和/或為車載電網(wǎng)提供能量。

第一蓄能器可構(gòu)造用于為車輛提供停車和/或起動電能。另一方面，第二蓄能器可構(gòu)造用于以循環(huán)的方式存儲和提供電能。優(yōu)選地，第二蓄能器(與第一蓄能器相比)具有更高的循環(huán)穩(wěn)定性。例如，第二蓄能器可設(shè)計用于在大于等于3000次完整循環(huán)中(相應(yīng)于額定容量的至少3000次的放電電荷量)具有不超過20％的容量損失和最高50％的功率損失。

通過將任務(wù)明確分配給第一蓄能器和第二蓄能器能夠使用針對相應(yīng)任務(wù)優(yōu)化的電池技術(shù)，并且在車載電網(wǎng)運行時避免第一或第二蓄能器的過度損壞/或使用壽命縮短。尤其是可最小化損壞并且最大化使用壽命。此外可使用針對相應(yīng)任務(wù)成本優(yōu)化的技術(shù)?？傊商峁┛煽壳揖哂谐杀拘б娴能囕d電網(wǎng)。

通過將任務(wù)明確分配給第一蓄能器和第二蓄能器，可相應(yīng)選擇蓄能器的參數(shù)。尤其是基于任務(wù)分配，第二蓄能器可具有的額定容量等于第一蓄能器的額定容量的三分之一或更少。通常，用于循環(huán)蓄能器的蓄能器技術(shù)比用于停車能量的蓄能器技術(shù)更為昂貴。因此通過上述相對選擇第一和第二蓄能器的參數(shù)可實現(xiàn)具有成本效益的車載電網(wǎng)。

通過將任務(wù)分配給第一蓄能器和第二蓄能器，可使用具有一個或多個下述特性的第二蓄能器。尤其是可使用具有最高25ah額定容量的第二蓄能器。已表明上述容量足夠用于循環(huán)吸收/釋放電能(尤其是回收的電能)。因此可提供具有成本效益的第二蓄能器。

在回收時可提供具有處于緩沖電壓范圍中或之上的充電電壓的電能，所述緩沖電壓范圍高于第一最大開路電壓。第二蓄能器可在該緩沖電壓范圍中具有3ah或更大的充電行程。由此可確?；厥盏碾娔苣軌虮M可能完全被吸收。由此可減少車輛的能耗。

為了解決關(guān)于循環(huán)吸收/釋放電能的任務(wù)，第二蓄能器可具有至少30的放電功率與總能量含量之比，尤其是在25℃的運行溫度和50％的充電狀態(tài)中。因此可確保也可在短時間吸收或提供相對大量的電能。

第二蓄能器可具有6.5毫歐或更小的內(nèi)阻，尤其是在約50％的充電狀態(tài)和約25℃的運行溫度中。通過這種內(nèi)阻可確保相對大量的回收電流也可完全用于為第二蓄能器充電。

第二蓄能器可在0℃或更低的運行溫度時具有比第一蓄能器的電荷吸收能力更高的電荷吸收能力。通常，蓄能器的電荷吸收能力隨著溫度的下降而下降。這導致尤其是在相對低的運行溫度時和相對短的車輛運行階段中第一蓄能器可部分放電，該部分放電在行駛運行中不能再被完全充回。通過提高的電荷吸收能力，第二蓄能器也可在短的運行階段中吸收相對大量的電能。該電能隨后(例如在車輛的靜止階段中)可基于并聯(lián)連接而至少部分地從第二蓄能器送給第一蓄能器。第一蓄能器因此也能夠在短的運行階段中并且在低的運行溫度時可靠滿足其關(guān)于提供停車能量和/或起動能量的任務(wù)。

第一蓄能器可包括一個或多個基于鉛酸技術(shù)的電池單元。因此可有效地為分配給第一蓄能器的任務(wù)提供容量。此外可通過使用鉛酸技術(shù)提供具有等于或小于約13v的第一最大開路電壓的第一蓄能器。這種蓄能器因此可在車輛的12v/14v的低壓車載電網(wǎng)中使用。

第二蓄能器可包括一個或多個下述組件或者說配置。例如多個下述組件可彼此并聯(lián)設(shè)置。通過下面提到的組件可提供具有第二最大開路電壓的第二蓄能器，該第二最大開路電壓大于第一最大開路電壓。此外，可提供具有第二最小開路電壓的第二蓄能器，該第二最小開路電壓小于第一最大開路電壓。因此可提供如下第二蓄能器，其能夠以循環(huán)方式吸收或釋放電能(例如在車輛的(能量)回收運行中)，在此不加載第一蓄能器。必要時第二蓄能器的第二最大開路電壓的值也可大于通常15.5－16v的最大系統(tǒng)電壓。因此該電壓范圍可保持未使用。但這可在第二蓄能器沒有運行至其最大開路電壓時(即至充滿電時)有利于第二蓄能器的使用壽命。

第二蓄能器尤其是可包括十個串聯(lián)連接的基于鎳金屬氫化物技術(shù)的電池單元。替代或補充地，第二蓄能器可包括四個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這四個電池單元具有金屬氧化物陰極、尤其是鎳錳鈷(nmc)陰極和/或錳酸鋰(lmo)陰極以及基于碳的陽極。替代或補充地，第二蓄能器可包括四個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這四個電池單元具有磷酸鐵鋰陰極(lfp)以及基于碳的陽極。替代或補充地，第二蓄能器可包括六個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這六個電池單元具有金屬氧化物陰極、尤其是鎳錳鈷(nmc)陰極和/或錳酸鋰(lmo)陰極以及基于鈦酸鋰(lto)的陽極。替代或補充地，第二蓄能器可包括八個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這八個電池單元具有磷酸鐵鋰陰極(lfp)以及基于鈦酸鋰(lto)的陽極。

車載電網(wǎng)還可包括發(fā)電機，其構(gòu)造用于生成用于車載電網(wǎng)的電能。發(fā)電機在此尤其是可暫時通過車輛的車輪和相連的傳動系驅(qū)動，尤其是當車輛處于回收運行中時，在該回收運行中車輛的動能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機可構(gòu)造用于生成具有不同電壓的電能。尤其是可生成具有充電電壓的電能，該充電電壓位于緩沖電壓范圍中或之上，所述緩沖電壓范圍優(yōu)選介于第一最大開路電壓(尤其是大于第一最大開路電壓)和第二最大開路電壓之間。例如，緩沖電壓范圍可在必要時僅包括13v(尤其是大于13v)和16v之間的開路電壓。因此可確?；厥盏碾娔軆H被第二蓄能器吸收(在第一蓄能器充滿電時)。由此在回收運行之后車載電網(wǎng)電壓通常也大于第一最大開路電壓(例如大于13v)。因此可在不實質(zhì)性加載第一蓄能器的情況下從第二蓄能器中提取回收的電能。尤其是在車載電網(wǎng)電壓位于緩沖電壓范圍中或之上時，可確保僅從第二蓄能器中提取電能。

車載電網(wǎng)可包括控制單元，該控制單元構(gòu)造用于檢測車輛的回收運行。例如可檢測車輛制動踏板的操作和/或加速踏板角度小于或等于特定角度閾值并且內(nèi)燃機因此處于拖曳運行中?？刂茊卧€可構(gòu)造用于在車輛處于回收運行中期間使發(fā)電機在必要時僅產(chǎn)生在緩沖電壓范圍中或之上的電能。如上所述可確?；厥盏碾娔苤饕傻诙钅芷魑詹⑶以诨厥罩笤俅斡傻诙钅芷魉徒o車載電網(wǎng)。因此循環(huán)回收運行幾乎不加載第一蓄能器。

車載電網(wǎng)可具有分離元件，該分離元件構(gòu)造用于切斷第二蓄能器和車載電網(wǎng)之間的電流。分離元件可具有電和/或機械開關(guān)。分離元件可關(guān)于第二蓄能器設(shè)置在接地側(cè)或正極側(cè)?？刂茊卧蓸?gòu)造用于確定一個或多個分離條件的存在。此外，控制單元可構(gòu)造用于在存在一個或多個分離條件時使分離元件切斷第二蓄能器和車載電網(wǎng)之間的電流。

所述一個或多個分離條件可包括下述條件。在第一分離條件中，第一蓄能器具有等于或大于預(yù)定義的第一充電閾值(如充滿電)的充電狀態(tài)。此外，第二蓄能器可具有等于或大于預(yù)定義的第二充電閾值的充電狀態(tài)。尤其是第二蓄能器可具有(例如至少以預(yù)定義的電壓值)大于第一最大開路電壓的開路電壓。此外，在第一分離條件中，車輛處于靜止階段中。在這種情況下，可借助分離元件避免第一蓄能器通過第二蓄能器的電能過量充電。因此可保護第一蓄能器并且避免能量損失。

在第二分離條件中存在為車輛的緊急起動保留電能的指示。此外，車輛可處于靜止狀態(tài)中。例如可識別第二蓄能器的充電狀態(tài)下降到預(yù)定義的閾值以下。在這種情況下可通過分離元件為緊急起動保留第二蓄能器的電能。為此目的，分離元件可為了激活車輛起動器而再次將第二蓄能器與車載電網(wǎng)連接。因此也可在較長的停車時間和/或高度停車放電后保證車輛起動。

在第三分離條件中存在應(yīng)在第一蓄能器上和/或第二蓄能器上進行開路電壓測量的指示。通過分離元件可分離第一蓄能器與第二蓄能器。因此可為相應(yīng)蓄能器實施可靠的開路電壓測量。

車載電網(wǎng)可具有可跨接的附加電阻(也稱為耦合元件)，該附加電阻將車載電網(wǎng)分為具有第一蓄能器的第一部分和具有第二蓄能器的第二部分?？煽缃拥母郊与娮枥缈删哂心芡ㄟ^電或機械開關(guān)跨接的電阻。為此該開關(guān)可并聯(lián)于電阻設(shè)置。車輛起動器可設(shè)置在車載電網(wǎng)的第一部分中。另一方面，在車載電網(wǎng)電壓擾動時具有不希望性能的一個或多個耗電器可設(shè)置在車載電網(wǎng)的第二部分中。通過可跨接的附加電阻能夠阻尼在車載電網(wǎng)的第二部分中的車載電網(wǎng)電壓波動(尤其是在發(fā)動機起動期間)。此外，與完全分離車載電網(wǎng)部分相反，可確保第一和第二蓄能器的電能始終供應(yīng)于整個車載電網(wǎng)中。此外可確保即使在緊急運行中電能也可從發(fā)電機經(jīng)過電阻傳輸給車載電網(wǎng)的第二部分。為此目的發(fā)電機可生成具有更高電壓的電能，以便克服電阻。

控制單元可構(gòu)造用于在車輛發(fā)動機起動之前的滑行運行中在起動器激活的情況下解除可跨接附加電阻的跨接。因此可阻尼在車載電網(wǎng)的第二部分中的電壓擾動，從而減弱對在車載電網(wǎng)的第二部分中的耗電器的不利影響。另一方面還可確保對(尤其是安全關(guān)鍵性的)耗電器的可靠供電。

發(fā)電機可設(shè)置在車輛的第一區(qū)域中(通常緊鄰車輛的內(nèi)燃機)。第一區(qū)域在此包括車輛的前部區(qū)域或尾部區(qū)域。第二蓄能器于是也可設(shè)置在車輛的第一區(qū)域中。因此可減少發(fā)電機和第二蓄能器之間的線路電阻并由此提高在回收運行中的效率。此外可降低對第二蓄能器內(nèi)阻的要求以及第二蓄能器的成本。

第一蓄能器可設(shè)置在車輛的第一區(qū)域中(即發(fā)電機和車輛起動器附近)。因此可確保以第一蓄能器的能量有效起動內(nèi)燃機。另一方面，第一蓄能器可設(shè)置在車輛的第二區(qū)域中，該第二區(qū)域相應(yīng)于車輛的與第一區(qū)域相反的區(qū)域(例如代替前部區(qū)域設(shè)置在尾部區(qū)域中或代替尾部區(qū)域設(shè)置在前部區(qū)域中)。通過蓄能器在車輛中的這種分布可為分布在車輛中的耗電器提供均勻的電壓供應(yīng)。此外，在行李和/或重量分布和/或安全性方面的分布式設(shè)置可以是有利的。

根據(jù)另一方面說明一種用于車輛的車載電網(wǎng)，所述車載電網(wǎng)包括第一蓄能器和第二蓄能器。第一蓄能器在此包括基于鉛酸技術(shù)的電池單元。第二蓄能器包括一個或多個上述組件。因此可在車輛的回收運行中回收在緩沖電壓范圍中的電能并在第二蓄能器中接收并且再次釋放，在此不會(實質(zhì)性)不利影響第一蓄能器。

根據(jù)另一方面說明一種用于車輛的車載電網(wǎng)，所述車載電網(wǎng)包括第一蓄能器和第二蓄能器。該第一和/或第二蓄能器在此具有一個或多個本文所描述的特征。因此可為車輛提供具有成本效益且可靠的車載電網(wǎng)。

根據(jù)另一方面說明一種用于車輛的車載電網(wǎng)，所述車載電網(wǎng)包括第一蓄能器和第二蓄能器。此外該車載電網(wǎng)還包括發(fā)電機，其構(gòu)造用于生成用于車載電網(wǎng)的電能。該發(fā)電機可設(shè)置在車輛的第一區(qū)域中(通常緊鄰車輛的內(nèi)燃機)。第一區(qū)域在此包括車輛的前部區(qū)域或尾部區(qū)域。第二蓄能器也可設(shè)置在車輛的第一區(qū)域中。由此可減少發(fā)電機和第二蓄能器之間的線路電阻并由此提高在回收運行中的效率。尤其是可降低對第二蓄能器內(nèi)阻的要求和因此第二蓄能器的成本。

根據(jù)另一方面說明一種車輛(如轎車、貨車或摩托車)。該車輛可包括本文所描述的車載電網(wǎng)。

根據(jù)另一方面說明一種控制單元，該控制單元可包括一個或多個本文所描述的特征。尤其是，該控制單元可構(gòu)造用于控制發(fā)電機、分離元件和/或車載電網(wǎng)的耦合元件。該控制單元可分布在多個控制器上。例如分離元件可通過蓄能器的控制器來控制。發(fā)電機和/或耦合元件可通過用于車載電網(wǎng)的電源管理的控制器來控制。

根據(jù)另一方面說明一種方法，該方法例如可由本文所描述的控制單元來實施并且包括這樣的特征，其相應(yīng)于本文所描述的控制單元的特征。

應(yīng)指出，本文中所描述的方法、裝置和系統(tǒng)不僅可單獨使用，而且也可結(jié)合其它本文所描述的方法、裝置和系統(tǒng)來使用。另外，本文所描述的方法、裝置和系統(tǒng)的任何方面可以多種方式相互組合。尤其是，權(quán)利要求的特征可以多種方式相互組合。

附圖說明

下面參考實施例詳細說明本發(fā)明。附圖如下：

圖1為車載電網(wǎng)的蓄能器的示例性電壓范圍；

圖2為車輛的車載電網(wǎng)中的示例性能量流；

圖3為一種示例性車載電網(wǎng)的框圖；

圖4為一種包括耦合元件的示例性車載電網(wǎng)的框圖；

圖5為一種包括多個子車載電網(wǎng)的示例性車載電網(wǎng)的框圖；

圖6a、6b和6c為蓄能器在車輛中的示例性布置。

具體實施方式

如開頭所述，本文涉及提供具有多個蓄能器的車輛車載電網(wǎng)。多個蓄能器尤其是用于盡可能多地將車輛動能回收為電能并供應(yīng)給車載電網(wǎng)。

此外應(yīng)以可靠方式提供停車和起動能量。此外應(yīng)確保車載電網(wǎng)的各種蓄能器不因?qū)囕d電網(wǎng)的不同要求(循環(huán)吸收和釋放回收能量、提供停車能量、提供起動能量、提供輔助能量等)受到實質(zhì)性損壞并因此減少蓄能器的使用壽命。

圖3示出一種包括多個蓄能器201、202的示例性車載電網(wǎng)200。該車載電網(wǎng)200尤其是包括第一蓄能器es1201和第二蓄能器es2202。車載電網(wǎng)200還包括構(gòu)造用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機203。發(fā)電機203在此可通過車輛的內(nèi)燃機(未示出)和/或通過動力傳送系統(tǒng)的其它部件和/或車輛車輪來驅(qū)動。車載電網(wǎng)200還包括構(gòu)造用于起動車輛的內(nèi)燃機的起動器303。發(fā)電機203和起動器303可構(gòu)造為組合起動器－發(fā)電機(如在圖4中通過附圖標記403所示)。此外，該車載電網(wǎng)還包括車輛的一個或多個耗電器305(如前照燈、照明裝置、空調(diào)/加熱元件等)，它們借助來自發(fā)電機203和/或蓄能器201、202的電能運行。

第一蓄能器201和第二蓄能器202彼此并聯(lián)連接。第一蓄能器201例如基于鉛酸技術(shù)。第一蓄能器201可具有液態(tài)電解質(zhì)或通過玻璃纖維氈(agm電池)或膠質(zhì)(鉛膠體電池)固定的電解質(zhì)。通過鉛酸電池實現(xiàn)的第一蓄能器201在其用于12v/14v車載電網(wǎng)的實施方式中具有六個串聯(lián)連接的單元，這六個單元分別可包括多個并聯(lián)連接的電極對和/或電池單元。

第二蓄能器202可以不同蓄能器技術(shù)構(gòu)造。在一種優(yōu)選示例中，第二蓄能器202的電壓水平超過第一蓄能器201的電壓水平。尤其是，第二蓄能器202的開路電壓可超過第一蓄能器201的開路電壓。這例如在圖1中示出。尤其是，圖1示出第一蓄能器es1201在充滿電(100％)時的第一最大開路電壓101。第二蓄能器es2202在充滿電(100％)時具有第二最大開路電壓104，該第二最大開路電壓超過第一最大開路電壓101。也就是說，第二蓄能器202通過吸收電能可比第一蓄能器201具有更高的開路電壓。因此通過確定車載電網(wǎng)200中的電壓可控制第一蓄能器201是吸收電能還是釋放電能。尤其是可通過確定車載電網(wǎng)200中的電壓基本上禁止通過第一蓄能器201循環(huán)吸收/釋放電能。因此也可在循環(huán)回收制動能量并將能量送回車載電網(wǎng)200時避免實質(zhì)性縮短基于鉛酸技術(shù)的第一蓄能器201的使用壽命。

第二蓄能器202可包括一個或多個下述配置或者說組件。例如多個下述配置可彼此并聯(lián)設(shè)置，以便提供第二蓄能器202。通過這些配置尤其是可確保存在超過第一蓄能器201的最大開路電壓101的第二最大開路電壓104。在此可使用具有不同蓄電池技術(shù)的蓄電池-電池單元(簡稱電池單元)?！半姵貑卧痹谙旅嬷高@樣的單元，其具有相應(yīng)蓄電池技術(shù)所特有的額定電壓。物理上這種電池單元可包括多個并聯(lián)的元件。第二蓄能器202可包括的示例性配置(尤其是用于12v低壓車載電網(wǎng))如下：

－十個串聯(lián)連接的基于鎳金屬氫化物技術(shù)的電池單元；

－四個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這四個電池單元具有金屬氧化物陰極、尤其是鎳錳鈷(nmc)陰極和/或錳酸鋰(lmo)陰極以及基于碳的陽極；

－四個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這四個電池單元具有磷酸鐵鋰陰極(lfp)以及基于碳的陽極；

－六個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這六個電池單元具有金屬氧化物陰極、尤其是鎳錳鈷(nmc)陰極和/或錳酸鋰(lmo)陰極以及基于鈦酸鋰(lto)的陽極；和/或

－八個基于鋰離子技術(shù)的電池單元的串聯(lián)電路，這八個電池單元具有磷酸鐵鋰陰極(lfp)以及基于鈦酸鋰(lto)的陽極。

電池單元的陰極和陽極可分別包括尤其是用于改善電極特性的其它添加劑、如導電添加劑。這種添加劑的相應(yīng)比例在此優(yōu)選低于10％。對于具有更高電壓、如24v或48v的車載電網(wǎng)可相應(yīng)調(diào)整串聯(lián)電池單元的數(shù)量。

通過上述配置可確保第一蓄能器201具有第一最大開路電壓101，其小于第二蓄能器202的第二最大開路電壓104。車載電網(wǎng)200因此可在回收情況下在介于第一最大開路電壓101和第二最大開路電壓104之間的電壓范圍105中或之上運行。電壓范圍105可稱為緩沖電壓范圍105。緩沖電壓范圍105具有下極限電壓102，該下極限電壓通常大于或等于第一最大開路電壓101。此外緩沖電壓范圍105具有上極限電壓103，該上極限電壓通常小于第二最大開路電壓104。緩沖電壓范圍105可用于回收電能并且存儲于第二蓄能器202中，并且隨后將該電能再次供應(yīng)至車載電網(wǎng)200用于一個或多個耗電器305的運行。在此基于緩沖電壓范圍105的位置基本上避免了第一蓄能器201循環(huán)吸收和釋放電能，因此第一蓄能器201的使用壽命不因回收運行而實質(zhì)性減少。

尤其是，車載電網(wǎng)200的發(fā)電機203能夠在回收運行中產(chǎn)生具有充電電壓的電能，該充電電壓位于緩沖電壓范圍105中或之上。在此第二蓄能器es2的充電狀態(tài)和因此開路電壓通常隨著回收運行的持續(xù)進行而增加并且在密集的回收運行中也可能超過緩沖電壓范圍105。

第一蓄能器201可主要用作能量儲存裝置(例如用于停車運行或起動器)。另一方面，第二蓄能器202可致力于循環(huán)吸收/釋放回收的電能。為此，第一蓄能器201的額定容量優(yōu)選是第二蓄能器202的額定容量的至少三倍。換言之，在明確劃分車載電網(wǎng)200中的蓄能器201、202的任務(wù)(能量儲存vs.回收和循環(huán)負荷/功率緩沖)時，可使用相對小的第二蓄能器202，其額定容量僅相當于第一蓄能器201的額定容量的三分之一或更小。額定容量在此表示蓄能器從其充滿電起在25℃時以恒定檢測電流放電(根據(jù)相應(yīng)蓄能器技術(shù)常見的檢測方法)直至達到技術(shù)特定的下斷路電壓所釋放的電荷。

圖1示例性示出第一蓄能器201的第一額定容量111和第二蓄能器202的第二額定容量112。在一種優(yōu)選示例中第二蓄能器202具有最大25ah的第二額定容量112。

如上所述，第二蓄能器202可致力于電能的循環(huán)吸收和釋放(例如通過在緩沖電壓范圍105之內(nèi)運行)。在此情況下，第二蓄能器202設(shè)計用于吸收或釋放盡可能高的功率。在一種優(yōu)選示例中，第二蓄能器202在25℃和50％的充電狀態(tài)中進行10秒放電時具有至少30(如40)的p/e比(放電功率與總能量含量之比)。例如，在以所用技術(shù)常見的電流、例如在鋰離子技術(shù)中以簡單的額定電流進行容量檢測時，第二蓄能器202可在約25℃和約50％的充電狀態(tài)中在下放電電壓處具有約3kw的放電功率以及約100wh的總能量含量。

此外，優(yōu)選為第二蓄能器202使用具有相對高的循環(huán)穩(wěn)定性的技術(shù)(尤其是比第一蓄能器201更高的循環(huán)穩(wěn)定性)。例如，第二蓄能器202可設(shè)計用于在容量損失最高20％并且功率損失最大50％的情況下3000或更多次的完整循環(huán)(相當于至少3000次額定容量的放電電荷量)。

與第一蓄能器201所用的鉛酸技術(shù)相比，所有上述用于第二蓄能器202的配置具有實質(zhì)性改善的電荷吸收能力(在高于10℃的適當溫度下)。所述改善的電荷吸收能力可在回收功能范圍中使用，以便減少機動車的燃料消耗。

圖2示出車載電網(wǎng)200的一種示例性運行。第二蓄能器202可部分地或僅在第一蓄能器201的充滿電之上運行。尤其是第二蓄能器202可部分地或僅在緩沖電壓范圍105中運行。因此回收功能也可在第一蓄能器201不參與或僅少量參與的情況下進行。從而可避免或至少限制第一蓄能器201的顯著部分放電運行。這有利地影響基于鉛酸技術(shù)的第一蓄能器201的使用壽命。通過提高第二蓄能器202的電壓水平，吸收的回收能量在回收階段結(jié)束后被送至車載電網(wǎng)并且因此可基于發(fā)電機203的減少的驅(qū)動功率需求而降低燃料消耗。通過電壓位置，第一蓄能器201在電荷量方面受到的負荷明顯小于第二蓄能器202。

在回收時可通過車載電網(wǎng)的控制單元230(例如通過發(fā)電機203的控制器)提高車載電網(wǎng)電壓210，以便生成在電壓范圍212至213中的電能。由發(fā)電機203尤其是可生成具有特定充電電壓213的電能。充電電壓213可位于圖1的緩沖電壓范圍105中或之上。由發(fā)電機203回收的電能作為能量220被儲存或作為能量221直接被送至車載電網(wǎng)200的耗電器305。能量220主要存儲于第二蓄能器202中。但根據(jù)電壓位置212、213，能量220的一(通常較小的)部分222可存儲于第一蓄能器201中。隨后可由蓄能器201、202為車載電網(wǎng)200提供能量225、224。

第二蓄能器202優(yōu)選以這樣的技術(shù)構(gòu)造(例如以具有鈦酸鋰陽極的鋰離子技術(shù))，其即使在相對低的溫度(例如0℃或以下)時仍具有與第一蓄能器201相比更好的電荷吸收能力。因此即使在外界溫度較低(例如0℃或以下)時也可確?；阢U酸技術(shù)的第一蓄能器201的高充電狀態(tài)。尤其是可通過第二蓄能器202的相對高的電荷吸收能力實現(xiàn)即使在短的充電階段內(nèi)由發(fā)電機203生成的能量220仍可被第二蓄能器202吸收。存儲在第二蓄能器202中的能量可在晚些時候(如在停車時)通過并聯(lián)電路的無源耦合在不使用有源能量轉(zhuǎn)換元件的情況下傳輸給第一蓄能器201(圖2中的能量223)。

換言之，鉛酸技術(shù)通常導致第一蓄能器201在溫度較低時相對差的電荷吸收能力。因此，在具有短充電周期的運行情況中(如短距離行駛)，從第一蓄能器201取出的能量225只能被不充分地補充充電，以致第一蓄能器201的充電狀態(tài)基于短充電階段而下降。通過第二蓄能器202的實質(zhì)性充電(基于相對高的電荷吸收能力)，第二蓄能器202也可在停車時如同充電器那樣作用于第一蓄能器201并為第一蓄能器201補充充電。因此可確保第一蓄能器201的較高充電狀態(tài)并且因此延長第一蓄能器201的使用壽命。

通過使車載電網(wǎng)200在基本上高于第一蓄能器201的充滿電狀態(tài)的電壓范圍105中運行，顯著減少了第一蓄能器201的電荷轉(zhuǎn)換。這有利于第一蓄能器201的使用壽命。

可為第一蓄能器201配置被稱為智能電池傳感器(ibs)的控制器301，該控制器借助電壓、電流和可選的溫度監(jiān)控第一蓄能器201的狀態(tài)(參見圖3)。第一蓄能器控制器301例如可確定關(guān)于第一蓄能器201的充電狀態(tài)和效率的信息并提供給車輛上級控制器230。

第二蓄能器202可具有集成在蓄能器中的、稱為電池管理系統(tǒng)(bms)的控制器302。第二蓄能器控制器302可借助電壓、電流和可能的溫度監(jiān)控第二蓄能器202的狀態(tài)。此外，第二蓄能器控制器302例如可確定關(guān)于第二蓄能器202的充電狀態(tài)和效率的信息并提供給上級控制器230。此外通過測量第二蓄能器202的電池單元組的子組電壓，可獲取電池單元312的平衡狀態(tài)、即充電狀態(tài)和/或功率狀態(tài)的均勻分布，并且必要時可通過有源平衡裝置(dc/dc轉(zhuǎn)換器)或無源平衡裝置(通過電阻與電池單元組的具有過高充電狀態(tài)的子組的并聯(lián)連接)進行補償。

尤其是在第二蓄能器202以鋰離子技術(shù)構(gòu)造時，第二蓄能器202可具有機械或電子繼電器形式的電分離元件304。該分離器元件304可由第二蓄能器控制器302和/或由控制單元230控制。通過該分離元件304，第二蓄能器202可在由安全或老化方面引起的臨界狀態(tài)中與車載電網(wǎng)200分開并且因此可避免進一步的后果。

替代或補充地，分離元件304可在車載電網(wǎng)200運行策略的范圍中用于：

－在第一蓄能器201或總能量存儲系統(tǒng)即將放電時保留用于發(fā)動機起動的能量儲備。

－為第一蓄能器上的第一蓄能器控制器301和/或為第二蓄能器202的第二蓄能器控制器302提供開路電壓測量的可能性，以便允許精確確定相應(yīng)蓄能器201、202的充電狀態(tài)。

－避免第一蓄能器201損壞(例如在下面所描述的運行情況中)。

一種示例性的運行情況是，當?shù)谝恍钅芷?01充滿電并且第二蓄能器202的充電狀態(tài)相對高時，打開分離元件304可以是有意義的。由于第一蓄能器201已經(jīng)充滿電，因此不能從第二蓄能器202向第一蓄能器201進行轉(zhuǎn)移充電。但在基于鉛酸技術(shù)的第一蓄能器201中，析氣流會隨著電壓升高而超比例增加并且因此可導致第一蓄能器201損壞。因此可以有利的是，在停放車輛后借助分離元件或者說開關(guān)元件304將第二蓄能器202與車載電網(wǎng)200分開，以防止第一蓄能器201損壞。

如圖3所示，可在車載電網(wǎng)200中通過相應(yīng)線路連接兩個蓄能器es1201和es2202的正極，并且負極分別與作為接地線的車身連接或通過相應(yīng)線路直接彼此連接。耗電器305可以是永久連接或可通過開關(guān)元件分離的耗電器。為了簡化顯示，耗電器305在附圖中僅顯示為單個耗電器。

在圖3所示示例中，在第一蓄能器201的接地線路中設(shè)置電池傳感器301。第二蓄能器202除了電池單元312外還包括電池管理系統(tǒng)302和開關(guān)、即分離元件304。開關(guān)304可構(gòu)造成電子或機械的并且必要時可設(shè)置在第二蓄能器202的殼體之外和/或集成在接地路徑中。發(fā)電機203也可(如圖4所示)構(gòu)造為所謂的起動器發(fā)電機。在此情況下必要時可省卻起動器303。

圖4示出車載電網(wǎng)200，其中，總車載電網(wǎng)200可通過耦合元件401分為兩個部分。尤其是可通過耦合元件401影響第一蓄能器201和第二蓄能器202之間的能量交換程度。耦合元件401設(shè)置在第一蓄能器201和第二蓄能器202之間。車載電網(wǎng)耗電器305、405可連接到兩個車載電網(wǎng)分支之一中或必要時也可并聯(lián)連接到兩個車載電網(wǎng)分支或者說子車載電網(wǎng)中。哪個耗電器305、405連接到哪個車載電網(wǎng)分支中可取決于相應(yīng)耗電器305、405的電壓穩(wěn)定性要求。要求電壓具有較高穩(wěn)定性的耗電器305可設(shè)置在第二蓄能器202的車載電網(wǎng)分支中，而對于電源電壓的穩(wěn)定性要求較低的耗電器405可設(shè)置在第一蓄能器201的車載電網(wǎng)分支中。

耦合元件401可借助可跨接的二極管和/或借助可跨接的附加電阻來實現(xiàn)。尤其是耦合元件401可包括阻尼元件(如電阻)，通過其來阻尼第一車載電網(wǎng)分支中、即第一蓄能器201的車載電網(wǎng)分支中的車載電網(wǎng)電壓的波動，使得在第二車載電網(wǎng)分支中、即在第二蓄能器202的車載電網(wǎng)分支中出現(xiàn)相對減小的車載電網(wǎng)電壓波動。為此可這樣設(shè)計耦合元件401，使得耦合元件401雖然具有阻尼作用，但不分離第一和第二車載電網(wǎng)分支中的電位。

通過使用耦合元件401可在一個方向上(在使用二極管的情況下)或者說通過電阻可在強度方面影響能量流。當在耦合元件401中使用電子或機械開關(guān)時，可使所述車載電網(wǎng)分支彼此完全分離。耦合元件401的開關(guān)元件的選擇在此通常依據(jù)起動系統(tǒng)303在電流需求方面的特征以及車載電網(wǎng)耗電器305、405在電壓穩(wěn)定性要求方面的特征和蓄能器201、202的特性。尤其是在所謂滑行運行中實現(xiàn)發(fā)動機停止功能時，在此確保在規(guī)定電壓范圍中為所有安全關(guān)鍵性的耗電器305、405供電。這可通過相應(yīng)設(shè)計和控制耦合元件401來實現(xiàn)。

圖5示出車載電網(wǎng)200通過并聯(lián)或串聯(lián)連接的蓄能器502以及通過車載電網(wǎng)擴展部503、504的進一步擴展，所述擴展部通過開關(guān)元件和/或dc/dc轉(zhuǎn)換器耦合。這種擴展可結(jié)合本文所描述的方面使用。在此也可在基礎(chǔ)車載電網(wǎng)501中使用圖4中所示的耦合元件401。

圖6a、6b和6c示出蓄能器201、202在車輛600中的示例性布置。為了實現(xiàn)在車輛600中有利的重量分布，第一蓄能器201在具有后置式驅(qū)動裝置的車輛600中通常設(shè)置在車輛600的尾部區(qū)域中。如圖6a所示，第二蓄能器202可在尾部區(qū)域中直接設(shè)置在第一蓄能器201旁。這因使用第二蓄能器202而具有較小更改范圍的優(yōu)點。另一方面產(chǎn)生相對大的從發(fā)電機203至第二蓄能器202的線路長度(當發(fā)電機203和內(nèi)燃機601位于車輛600前部區(qū)域中時)。

在回收功能的背景下(在其范疇中應(yīng)以最高效率傳輸盡可能高的電流)，發(fā)電機203和第二蓄能器202之間的連接線路長度十分重要。線路系統(tǒng)中的較大損耗提高了對于第二蓄能器202較小充電內(nèi)阻方面的要求并因此導致更高成本。此外，圖6a中所示的布置導致定位在前部區(qū)域中的高功率耗電器、如轉(zhuǎn)向裝置、制動系統(tǒng)和穩(wěn)定性系統(tǒng)的線路過長。

在圖6b所示布置中，第二蓄能器202緊鄰發(fā)電機203設(shè)置。由此饋電線電阻通常減少1.5－2毫歐并且總線路電阻減少直至50％(與圖6a所示布置相比)。此外，在車載電網(wǎng)穩(wěn)定性方面產(chǎn)生這樣的優(yōu)點，即，在車輛600的前部區(qū)域中(即在第二蓄能器202附近)的耗電器305可直接獲益于第二蓄能器202的穩(wěn)定作用。

在圖6c中示出另一種布置，其在回收潛力和所產(chǎn)生的對于第二蓄能器202的要求方面與圖6b的布置類似。此外，通過將第一蓄能器201設(shè)置在車輛600的前部區(qū)域中(和因此在內(nèi)燃機601以及起動器303附近)，產(chǎn)生起動器303的可用起動功率方面的優(yōu)點。此外，基于減少的線路長度產(chǎn)生成本優(yōu)勢。另一方面，在車輛600的后部區(qū)域中的耗電器405的電壓穩(wěn)定性受到限制。此外，在回收情況下通常在第一蓄能器201上產(chǎn)生更高的電壓，這可不利地影響第一蓄能器201的使用壽命并且這能夠或必須通過相應(yīng)線路和連接設(shè)計進行補償。

如結(jié)合圖1和2所說明的，在回收情況下車載電網(wǎng)電壓210可升高到位于緩沖電壓范圍105中或之上的充電電壓213。緩沖電壓范圍105在此優(yōu)選高于第一最大開路電壓101。此外應(yīng)確保充電電壓213和因此緩沖電壓范圍105中的電壓不大于第一最大電壓，從該第一最大電壓起蓄能器201損壞。在具有固定電解質(zhì)的鉛酸電池中，第一最大電壓通常為14.8－15.2v。在具有液態(tài)電解質(zhì)的鉛酸電池中第一最大電壓為16.0v。發(fā)電機203可構(gòu)造用于提供最大15.5－16.0v范圍內(nèi)的輸出電壓、即充電電壓213。必要時也可使用更高的充電電壓213，以便補償線路不利尺寸時的高線路損耗。

下面說明車載電網(wǎng)200的示例性參數(shù)選擇。第一蓄能器201上的充電電壓可以是14.8v。發(fā)電機203的最大輸出電流可以是250a?？梢约僭O(shè)：第一蓄能器201充滿電并且具有13v的第一最大開路電壓101，并且在車輛尾部區(qū)域中的車載電網(wǎng)電流為40a，并且存在常見的線路電阻。第二蓄能器202的開路電壓也約為13.0v。為了能夠在回收情況下完全吸收由發(fā)電機203生成的電流，在上述假設(shè)下第二蓄能器202在常見的負載循環(huán)試驗溫度(20－30℃)中對于10秒持續(xù)時間的充電脈沖具有最大8.5毫歐的內(nèi)阻。當使用功率更強的、具有400a最大電流的發(fā)電機203且其它邊緣條件相同時，允許內(nèi)阻減小到5毫歐。當?shù)诙钅芷?02設(shè)置在尾部區(qū)域中時(如圖6a所示)并且發(fā)電機電壓限制在15.5v時，關(guān)于內(nèi)阻的要求提高到最大7.6毫歐(在250a輸出電流時)或2.9毫歐(在400a輸出電流時)。這些對于內(nèi)阻的更高要求尤其是基于發(fā)電機203和第二蓄能器202之間的附加線路電阻產(chǎn)生。因此有利的是，第二蓄能器202緊鄰發(fā)電機203設(shè)置。

約3ah的充電行程(ladungshub)可用于回收，以便能夠在車輛600常見的負載試驗循環(huán)中最大程度地利用回收階段。該充電行程在圖1中以附圖標記113表示。在此應(yīng)在緩沖電壓范圍105中(例如在13.0v至14.0v的范圍中)提供充電行程，以避免第一蓄能器201的部分放電以及在第一蓄能器201上的持續(xù)過高的電壓(這種電壓可導致顯著增加的析氣流和對第一蓄能器201的相應(yīng)損壞)。對于上述緩沖電壓范圍105產(chǎn)生13.5v的平均電壓水平，這導致第二蓄能器202的內(nèi)阻要求提高至最大6.5毫歐(250a發(fā)電機)或最大3.6毫歐(400a發(fā)電機)。

在本文中描述了多種用于提供車載電網(wǎng)200的措施，其以具有成本優(yōu)勢的方式實現(xiàn)了高度回收。尤其是描述了這樣的車載電網(wǎng)200，其中，第二蓄能器202設(shè)置在車輛前部區(qū)域中、即緊鄰發(fā)電機203以便吸收回收能量。另一方面，用于提供停車和起動能量的第一蓄能器201可設(shè)置在車輛前部或后部區(qū)域中。第一和第二蓄能器201、202可直接并聯(lián)連接，或尤其是結(jié)合起動器發(fā)電機403設(shè)有耦合元件401并且與該耦合元件連接。

在優(yōu)選示例中，第二蓄能器202包括一個或多個本文所描述的蓄能器配置。通常，第二蓄能器202的最大25ah的總?cè)萘孔銐蛴糜诒疚乃枋龅幕厥展δ埽虼说诙钅芷?02可以低成本方式實現(xiàn)。如本文中所描述的，第二蓄能器202主要用于循環(huán)吸收和提供回收的電能，因此第二蓄能器202應(yīng)具有盡可能高的、在25℃時至少30的p/e比(10秒放電與總能量含量之比)。為了能夠在回收階段中盡可能完全吸收生成的能量，第二蓄能器202可在開路電壓范圍13.0v至14.0v中具有3ah的充電行程。此外，在從在50％能量含量時處于開路電壓范圍13.0v－14.0v中的開路電壓起，在25℃時充電10秒的情況下，第二蓄能器202可具有最大6.5毫歐的關(guān)于充電的內(nèi)阻。

對于本文所描述的功能劃分，第一蓄能器201的容量至少可以是第二蓄能器202的容量的三倍。

本發(fā)明不局限于所顯示的實施例。特別是應(yīng)指出，說明書和附圖僅應(yīng)說明所提出方法、裝置和系統(tǒng)的原理。