CN101485062B - 用于给汽车中的用电设备供电的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明建议了一种用于给汽车车载电力网络中用电设备供电的系统(100)，其中车载电力网络由至少两个车载电力网络区域(A，B)组成，第一车载电力网络区域(A)具有发电机(101)、汽车电池(102)以及一个或多个第一类用电设备(103)，第二车载电力网络区域(B)具有双层电容器或所谓的超级电容器(105)，以及一个或多个第二类用电设备(106)。在这两个车载电力网络区域(A，B)之间具有一个隔断装置(104)，特别是半导体二极管或功率开关，它使电流可以从第一车载电力网络区域(A)流入第二车载电力网络区域(B)，并尽量阻止反向电流从第二车载电力网络区域(B)流到第一车载电力网络区域(A)。当第二车载电力网络区域(B)中电压低于第一个门限值时，发电机(101)的输出电压被提高，并且超级电容(105)被充电。

Description

用于给汽车中的用电设备供电的系统
本发明涉及给汽车的车载电力网络中的用电设备供电的系统。
在已知系统中用于产生电压所需的发电机具有显著的功率消耗，所消耗的功率必须由汽车的发动机提供。
本发明的目的在于降低由汽车发动机所提供的功率，为汽车的车载电力网络供给足够的电能。
上述任务由具有权利要求1所述特征的供电系统完成。从属权利要求的主题给出本发明具有优点的实施例。
本发明的主要内容在于，将汽车的车载电力网络中的用电设备划分为至少两种类型的用电设备组。第一组(不敏感)用电设备在电压相对剧烈波动和/或当电压相对较低时，例如在12伏车载电力网络中，当电压下降到10伏以下和/或在约9伏与16伏之间波动时仍能可靠地工作。
第二组(敏感)用电设备只在电压围绕额定电压只有相对较小的波动时，例如在12伏车载电力网络中，电压在约11伏与13伏之间波动时才可靠地工作。根据本发明，车载电力网络被划分为至少两个车载电力网络区域；在第一车载电力网络中放置不敏感的用电设备，在第二车载电力网络中放置敏感的用电设备。
从第二车载电力网络区域流入第一车载电力网络区域的电流根据本发明被第一和第二车载电力网络区域之间的一个隔断装置、最好是半导体二极管所阻断。在第一车载电力网络区域中发电机和汽车电池并联到第一组用电设备上，在第二车载电力网络区域中储能器、电池或电容器，最好是双层电容器或所谓的超级电容，并联在第二组用电设备上。双层电容器在汽车运行时被持续地充电到一个电压上，此电压在电容器放电时维持敏感的用电设备工作。
在双层电容器不需要充电的阶段，发电机的电压降低到使得仍能保证第一组用电设备的工作(参见DE2006002985)。这时双层电容器上的电压高于第一组(不敏感)用电设备上的电压，并且隔断装置或二极管阻止双层电容器通过第一车载电力网络区域的用电设备放电。反之，当为了重新给双层电容器充电而发电机输出电压提高时，隔断装置使得电流可以从发电机经过隔断装置或二极管流入第二车载电力网络区域。
双层电容器的充电状态或输出电压的监控通过充电控制装置完成，它如此控制发电机，使得发电机在电容器上的电压低于一个门限电压时提高用于充电的电压，接着重又降低此电压。
与现有技术不同，发电机可以如此被控制：它在汽车运行时只给不敏感的用电设备提供其工作所需的较低电压。而在现有技术中此电压一直要升高到能给敏感的用电设备提供足够的工作电压。
通过本发明所述的解决方案，发电机的功率消耗可以在长时间内被降低，并从而使汽车的燃料消耗和二氧化碳排放量明显降低。
在本发明的一个优选的实施方式中，第二车载电力网络区域中电压提升的持续时间和/或提升的高度取决于第二车载电力网络区域中的一个或多个第二类用电设备的能量消耗和/或电容器的容量。
作为替代或补充，在本发明的另一优选的实施例中，电压提升的持续时间和/或提升的高度正比于一个或多个第二类用电设备的能量消耗和/或正比于电容器的容量。
通过这些措施，充电过程特别是在进一步降低二氧化碳排放量方面得到优化。
在本发明的另一个优选的实施方式中，第一类用电设备工作所需的工作电压在第一个电压范围内，第二类用电设备工作所需的工作电压在第二个电压范围内，第二个电压范围最好比第一个电压范围窄，即相对于第一类用电设备而言，第二类用电设备是所谓的敏感的汽车用电设备。
作为替代或补充，在本发明的一个优选的实施方式中，不敏感的第一类用电设备装置尽量被设置在汽车的第一车载电力网络区域中，敏感的第二类用电设备尽量被设置在汽车的第二车载电力网络区域中。
通过这个措施本发明在技术上可以简单地实现。
在本发明针对常规的12伏车载电力网络的具体实施例中，在汽车运行时第一车载电力网络区域中占优势的电压范围包括从约10伏至16伏的电压，在汽车运行时第二车载电力网络区域中占优势的电压范围包括从约11伏至13伏的电压。
在本发明的另一实施例中，在汽车运行之后，电容器从第二车载电力网络区域脱离，然后最好被放电，并且在汽车重新运行时再次被充电并与该车载电力网络区域电气连接和加载。
这样提高了在短路时车载电力网络的安全性，并且避免了在停机阶段高的超级电容(SC)产生的静态电流。超级电容的预充电以及与车载电力网络的连接/分离最好通过一个独立的控制/功率单元进行，此单元最好还承担对SC的诊断(例如在预充电时确定电容量和电阻)。
在本发明的一个优选实施方式中，在第二车载电力网络区域中的储能器是电池，或者最好是电容器或双层电容器或所谓的超级电容。
这些电容器的特点是具有高电荷密度，从而可在小的尺寸下提供大的容量。此外这些电容可以迅速地在大电流情况下被充电，这具有减少二氧化碳排放量的优点。
下面借助附图详细说明根据本发明的系统。
图1示出由两个车载电力网络区域组成的车载电力网络，这两个区域通过一个二极管相互电气连接。
用于给用电设备103和106供电的本发明所述系统、即本发明所述的车载电力网络100由两个车载电力网络区域A和B组成。第一车载电力网络区域A具有发电机101、汽车电池102和多个第一类用电设备103。第二车载电力网络区域B具有电容器或超级电容105形式的储能器和多个第二类用电设备106。
在这两个车载电力网络区域A和B之间具有一个半导体二极管形式的隔断装置104，它使电流可以从第一车载电力网络区域A流入第二车载电力网络区域B，并且尽量阻止反向电流从第二车载电力网络区域B流到第一车载电力网络区域A。
发电机101的输出电压在第二车载电力网络区域B的电压低于第一个门限值时被提高，并对储能器或电容器105充电。
第一类用电设备103工作所需的工作电压在10伏至16伏的第一电压范围内，即它们是所谓的“不敏感”的用电设备。第二类用电设备106工作所需的工作电压在11伏至13伏的第二电压范围内，即它们是所谓的“敏感”用电设备。
如图1中“电压作为时间的函数”曲线所示，第一车载电力网络区域A的特点是具有在约10伏至16伏之间的相对较高的电压波动(不稳定或波动区域)。相应地，第二车载电力网络区域B的特点是具有在11伏至13伏之间的相对较小的电压波动(稳定区域)。
本发明所述系统的工作原理和优点已在前面作了说明，因此在此对其进行参照。

Claims (12)

1.一种用于给汽车的车载电力网络中的用电设备供电的系统，其中，
-车载电力网络由至少两个车载电力网络区域(A，B)组成，第一车载电力网络区域(A)具有发电机(1)、汽车电池(2)以及一个或多个第一类用电设备(3)，第二车载电力网络区域(B)具有电容器(5)以及一个或多个第二类用电设备(6)，
-在这两个车载电力网络区域(A，B)之间具有一个隔断装置(4)，所述隔断装置使电流能够从第一车载电力网络区域(A)流入第二车载电力网络区域(B)并尽量阻止反向电流从第二车载电力网络区域(B)流到第一车载电力网络区域(A)，以及
-发电机在汽车运行时只提供第一类用电设备工作所需的较低电压，并且当第二车载电力网络区域(B)中的电压低于第一个门限值时，发电机(1)的输出电压被提高，并且电容器被充电。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第二车载电力网络区域(B)中电压提升的持续时间和/或提升的高度取决于第二车载电力网络区域(B)中一个或多个第二类用电设备(6)的能量消耗和/或电容器(5)的容量。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述提升的持续时间和/或提升的高度正比于一个或多个第二类用电设备(6)的能量消耗和/或正比于电容器(5)的容量。
4.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第一类用电设备(3)工作所需的工作电压在第一个电压范围内，第二类用电设备(6)工作所需的工作电压在第二个电压范围内，第二个电压范围比第一个工作范围窄，即相对于第一类用电设备(3)而言，第二类用电设备(6)是所谓的敏感的汽车用电设备。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，不敏感的第一类用电设备(103)尽量被设置在汽车的第一车载电力网络区域(A)中，敏感的第二类用电设备(106)尽量被设置在汽车的第二车载电力网络区域(B)中。
6.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，在汽车运行时第一车载电力网络区域(A)中占优势的电压范围包括从10伏至16伏的电压，在汽车运行时第二车载电力网络区域(B)中占优势的电压范围包括从11伏至13伏的电压。
7.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，在汽车运行之后电容器(5)从第二车载电力网络区域(B)脱离，并在汽车运行时重新预充电到车载电力网络电压上，然后与第二车载电力网络区域(B)电气连接。
8.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述电容器是双层电容器或所谓的超级电容。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，超级电容的预充电和/或与车载电力网络的连接或分离通过一个独立的控制/功率单元进行。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制/功率单元还承担对超级电容的诊断。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述对超级电容的诊断是预充电时确定电容量和/或电阻。
12.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述隔断装置是半导体二极管或功率开关。
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