機載電網的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于機動車的機載電網以及具有這種機載電網的機動車。
【背景技術】
[0002]在具有內燃機的機動車中為給內燃機的電動起動裝置或者起動機以及車輛的其他電氣部件供給能量而設置有機載電網，它根據標準用12伏的電壓驅動。在起動內燃機時，當例如通過相應的起動信號閉合開關時，通過機載電網從起動機電池為起動機提供電壓，該起動機供起動內燃機。如果內燃機已被起動，則它驅動發電機，該發電機那時產生大體12伏的電壓并且通過機載電網供車輛內的各種負載使用。在此電氣的發電機還對通過起動過程加載的起動機電池再次充電。如果電池通過機載電網被充電，則實際電壓可能超過額定電壓，例如為14V或者接近14.4V.
[0003]已知，在電動或者混合動力車輛中使用具有48V的額定電壓的其他機載電網。
[0004]US 2010/131217示出了多個可互聯的鋰離子電池，這些鋰離子電池各自由單個串聯的電池模塊組成，其中這些電池模塊具有串聯的電池單池。為驅動低壓子網設置另一個電池，該電池借助直流電壓變換器(DC/DC轉換器)驅動。
[0005]US 6，747，438公開了電池的充電和放電單元，該充電和放電單元能夠具有雙向的DC/DC轉換器或者單向的DC/DC轉換器，連同DC/DC放電轉換器。該充電和放電單元分別為使用的電池單池和為供電/充電單元適當地控制電壓和電流。使用的電池單池包括第一和第二電池單池，該第一和第二電池單池并聯。第一和第二電池單池的并聯電路與另一個類似的并聯電路并聯。第一電池單池使用大功率鋰蓄電池，而第二電池單池使用大容量的鉛單格。
[0006]US 2012/235473示出了鋰離子電池單池，它們相互并且相對于端子串聯，這些端子與車輛的機載電網的交流發電機連接，以便保持對電池單池的充電和給車輛的負載供給能量。這些端子與機載電網的驅動裝置部件連接，以便在起動時對車輛供給相對短時的和強烈的通過電流。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種用于機動車的機載電網，其中該機載電網具有低壓子網和高壓子網，該低壓子網具有至少一個低壓負載和起動機，該高壓子網具有至少一個高壓負載和發電機，其中高壓子網和低壓子網通過耦合單元連接，該耦合單元設計用于從高壓子網獲取能量并且向所述低壓子網供給，其中高壓子網具有電池，所述電池設計用于產生高壓并且輸出至高壓子網；并且該電池具有至少兩個帶有導線區段的電池單元，所述導線區段被引導到耦合單元上，其中耦合單元設計用于選擇性地將電池單元接通到低壓子網上。
[0008]本發明具有這樣的優點，即通過低壓子網能夠運行鋪設在較低的第一電壓上的負載并且為大功率負載提供高壓子網、也就是具有相對于所述第一電壓提高了的電壓的子機載電網。低壓子網的供電與高壓子網內的充電和放電過程重疊。在此，通過高壓子網為低壓子網供電單向發生，也就是說耦合單元優選僅朝一個方向提供能量傳輸。
[0009]所述機載電網既能用在固定應用、例如風力設備中，也能用在車輛、例如混動式和電動式車輛中。這種機載電網尤其能夠用在具有起停系統的車輛中。
[0010]所介紹的系統、也就是機載電網和所屬的控制器例如電池管理系統尤其適合用于具有48伏發電機和14伏起動機的車輛中，其中所述14伏起動機優選設計用于起動/停止系統。具有12V或者14V電壓的機載電網在本申請公開內容的范圍內稱為低壓機載電網。具有48V額定電壓的機載電網也稱為高壓機載電網。
[0011]所介紹的系統尤其適合用于具有用于在加速(boost)和制動能量的回收(recuperat1n)的情況下提供支持的系統(Boost-Rekuperat1nssystem，BRS，加速回收系統)的車輛中。在所述加速回收系統中在制動過程中、在下坡時或者在滑行運行中獲取電能，以便由此向電氣負載供電。加速回收系統提高了系統的效率，從而能夠節省燃料或者能夠減少排放。在此高壓子網中的電池能夠支持內燃機，這稱為所謂的加速，或者在低速時短距離內用于純電動行駛，例如在停車入位和駛出車位的情況下。
[0012]為適應通常的語言習慣，概念“電池”和“電池單元”在本說明書中表示蓄電池或者蓄電池單元。該電池包括一個或者多個電池單元，所述電池單元能夠代表電池單池、電池模塊、模塊條或者電池組。在此所述電池單池尤其在空間上聯合在一起并且通過電路技術相互連接、例如串聯或者并聯為模塊。多個模塊能夠構成所謂的電池直接轉換器(BDC，battery direct converter)并且多個電池直接轉換器構成電池直接逆變器(BDI，batterydirect inverter)。
[0013]獨立權利要求中給出的發明主題的有利的改進和改良方式能夠通過從屬權利要求中所列舉的措施實現。
[0014]這樣，當能夠選擇性地接通的電池單元設計用于分別提供低壓時是有利的。也就是說電池單元能夠交替地被要求提供低壓，例如為支持起停系統，這將延長電池單元的使用壽命。
[0015]因為起動機設置在低壓子網內，所以低壓子網滿足起動過程、尤其是冷起動過程的需要。在此起動電流的極大一部分能夠由電池提供，例如超過50%、超過80%、或者高達100%。
[0016]根據一種優選的實施方式，耦合單元具有至少一個能夠向后阻斷的開關。優選該能夠向后阻斷的開關適合用于將能夠選擇性地接通的電池單元與低壓子網接通或者切斷。該開關具有這樣的特性，即它在“接通”狀態下僅允許朝一個方向通過電流，而在“關斷”狀態下能夠承受兩種極性的阻斷電壓。
[0017]在將電池單元接通到低壓子網上的情況下，優選操作至少一個能夠向后阻斷的開關。特別優選操作兩個能夠向后阻斷的開關。在切斷電池單元與低壓子網的情況下，同樣優選操作至少一個能夠向后阻斷的開關，特別優選操作兩個能夠向后阻斷的開關。
[0018]根據一種優選的實施方式，耦合單元具有至少一個能夠向前阻斷的開關。優選該能夠向前阻斷的開關適合用于將能夠選擇性地接通的電池單元相互串聯起來。
[0019]優選規定，在分開兩個電池單元之間的導線時操作至少一個能夠向前阻斷的開關。同樣優選規定，在連接兩個電池單元之間的導線時操作至少一個能夠向前阻斷的開關。
[0020]根據一種優選的實施方式耦合單元設計用于將至少兩個電池單元關于低壓子網相互并聯起來。由此能夠在兩個電池單元的充電狀態大幅偏離的情況下對低壓子網的供電由具有較高充電狀態或者提供較高壓的電池單元進行。在電池單元的充電狀態相同或者相似的情況下低壓子網由兩個電池單元供電。
[0021]根據一種優選的實施方式耦合單元設計用于至少兩個電池單元關于低壓子網串聯、也就是串行聯接。
[0022]另外能夠規定，低壓子網具有至少一個第二儲能器，其被優化用于提供大功率的電能。特別優選的是電容器系統、例如雙層電容器的串聯電路、尤其是所謂的超級電容器(supercapacitor)。電池借助該第二儲能器減輕了尤其在低溫下提供大電流的負擔。特別在用鋰離子電池的情況下，由此產生決定性的優點。由于與低壓子網中使用第二儲能器相關聯的(制造技術的和成本技術的)花費的緣故，該系統優選適合用于具有大的、需求非常大的冷起動功率的內燃機的車輛中。優選使用下述第二儲能器，其直接優化設計用于起動需要，以便整個系統在特別大數量的冷起動或者非常大數量的起動/停止過程的情況下也能夠保證長的使用壽命，例如在10年或者更長的范圍內。
[0023]優選機載電網具有用于控制耦合單元的控制器，所述耦合單元用于連接電池單元。該控制器例如能夠是分配給電池的電池管理系統，它例如包括其他功能單元，所述功能單元設計用于檢測、處理關于電池或者電池單元的溫度、提供的電壓、輸出的電流和充電狀態的測量數據，并且借助這些值實現管理功能，這些管理功能提高電池系統的使用壽命、可靠性和安全性。
[0024]用于控制耦合單元的控制器能夠具有計算機程序，其能夠存儲在機器可讀的存儲介質上，例如在永久的或者可重寫的存儲介質上，或者分配給計算機裝置，例如在便攜存儲器上，如⑶-ROM、DVD、藍光光盤、USB棒或者存儲卡。附加地或者替代地能夠將計算機程序設置在計算機裝置上，例如在服務器或者云服務器上，以供下載，例如通過數據網絡，如因特網，或者通過通信連接，例如電話線或者無線連接。
[0025]此外，根據本發明提供一種機動車，其具有內燃機和之前所說明的機載電網。
[0026]本發明提供一種低成本的、具有用于車輛的鋰離子電池系統的機載電網，其具有高壓子網、低壓子網和對低壓子網單向供電的加速回收系統。這里相對于已知的系統能夠省去電勢隔離的DC/DC變換器以及鉛酸電池。因此，相對于當前正在開發的加速回收系統，該系統的特征在于體積小和重量輕。此外，在設計適宜情況下，該加速回收系統相對于當前正在開發的加速回收系統能夠存儲顯著更多的能量并且由此在較長的制動過程或者下坡的情況下能夠在系統中回收更多的電能。
【附圖說明】
[0027]本發明的實施例在附圖中示出并且在下面的說明中得到詳細解釋。附圖中:
[0028]圖1示出了根據現有技術的低壓機載電網，
[0029]圖2示出了具有高壓子網和低壓子網和單向的、電勢隔離的DC/DC變換器的機載電網，
[0030]圖3示出了具有高壓子網和低壓子網和雙向的、電勢隔離的DC/DC變換器的機載電網，
[0031]圖4示出了根據第一實施方式的具有高壓子網和低壓子網和單向的、電上不隔離的DC/DC變換器的機載電網，
[0032]圖5示出了根據第二實施方式的具有高壓子網