CN102017360B - 机动车电路 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种机动车电路，包括：地线(M)；车载网络(R)，其具有通过包括第一开关(K1)的分支(b1)和包括第二开关(K2)的第二分支(b2)连接到网络(R)并连接到地线(M)的电池(1)；连接到电池的交流发电机(3)，连接到车载网络和地线的起动器和消耗构件(4)。该电路还包括电压保持设备，其包括：将分支(b1)连接到分支(b2)的桥(b3)；以及在第三开关(K2)和第二分支(b2)之间的点处连接到桥(b3)的电容器(2)以及只在电容器(2)的再充电期间允许电流在第二分支(b2)中流动的内部供电设备(8)。

Description

机动车电路

技术领域

本发明要求2007年12月3日提交的法国申请0759532的优先权，该申请的内容(文字、附图和权利要求)通过引用被并入本文。

本发明涉及机动车的车载网络，尤其是涉及配备有交流起动器型可逆电机的车辆的车载网络，该可逆电机在热力发动机起动时构成电能的消耗构件，并在该起动期之外可在电流发电机模式中操作。本发明特别适用于配备有相对大功率的交流起动器的车载网络，如停止和起动功能和/或具有相对大汽缸工作容积的热力发动机的起动所需要的。

背景技术

某些机动车配备有交流起动器，即，能够通过使用电源例如电池起动热力发动机或在车被热力发动机驱动时产生储存在电池中的电流的电机。这些机器可特别在配备有“停止和起动”功能的车中使用，对于这些车，车一停止，热力发动机就停止，而例如驾驶员一重新加速，热力发动机就重新起动。更准确地，在这些车上，停止和起动功能可分成三个阶段：

-热力发动机的初始起动阶段-已知该热力发动机是被控制的点火(汽油发动机)或通过压缩点火(柴油发动机)的类型。该初始阶段还被称为第一起动阶段。

-热力发动机转动的行驶阶段，该热力发动机产生车的零(速度的保持)、正或负(减速)加速度。在减速情况期间，停止和起动系统可被设想为将车的一部分动能转变成电能-可由车的全部车载消耗构件使用或例如通过电池储存的电能。作为补充，车一停止，或甚至停止一被预料到，例如车速一变得低于速度的某个下限，停止和起动系统就切断热力发动机的供电，这允许减少碳氢燃料的消耗，因而限制污染环境的辐射。

-热力发动机的重新起动阶段，该重新起动阶段由驾驶员的意愿控制，例如通过加速器踏板进入深处而表明。

允许重新起动发动机的交流起动器型电机需要高能量。然而，如果在第一次起动期间，车的大部分电消耗构件正常停止(这不是在重新起动期间的情况)，诸如空气调节器、照明系统、车的音频-视频系统等的设备可能是活动的，并应为了车的乘客的舒适和安全而保持这样。

然而，专用于重新起动的电机有很强的电流消耗，该电流消耗可能对整个车载网络产生很高的电压下降并使需要电能的某些性能劣化，导致整个车的无品质感觉，有更被感觉像偶然的缺点，因为车的使用不一定使车的发动机的重新起动与该缺点联系(因为驾驶员实际上没有明确命令发动机的停止)。

为了补救这个问题，已经提出了不同的解决方案。最简单的且已经对具有停止和起动功能的商用车实施的解决方案在于增加可用电功率，同时使初级电池与次级电池结合。初级电池用于在第一次起动和重新起动阶段期间提供必要的电功率。在该重新起动期间，对电压变化敏感的电功能由第二个电池供电，该电池是在这个阶段期间用于这些功能的唯一能量源。在这个重新起动阶段(其持续时间一般小于1s)之外，这些敏感的功能由车的发电机(例如，交流发电机)供电。

该解决方案具有相对高的成本，不仅由于额外电池-其作为初级电池通常应例如每两/三年被替换，而且由于这个额外电池不可总是安置在发动机隔间中且应例如安放在盒中，由此需要车的全部电子结构甚至整个车结构的重铸。此外，该额外电池的质量和专用于其的电芯子使车变重，这将违背这种系统的目的，即，减少碳氢燃料的消耗和污染环境的辐射。最后，该额外电池通常专用于对电压下降最敏感的消耗构件，因此它不一定构成对电性能的劣化的问题的完全的解决方案，未由该额外电池供电的某些设备甚至可能性能降低。这个问题由于预定用于连接到车载网络的附件的多样性恶化，例如游戏控制台、视频控制台、冰箱、奶瓶电热器等，使得确保设备的良好的尺寸设计并不总是容易，除非以明显的方式使其尺寸过大。

另一可能性在于提出通过另一种储存能量装置例如电容器补足电池。电池则提供起动车辆的热力发动机所必需的电功率(第一起动阶段)，并用于给与其相关的全部功能供电。第二存储装置基本上在重新起动期间被使用。但因为第二存储装置的参考电压例如在车的参考电压值的一到三倍之间是可变的，该第二存储装置只能在人们预料到DC/DC或模拟型转换器的情况下连接到车载网络。该解决方案在这里再次引起明显的成本过大，插入(转换器可能需要例如大约51量级的体积)和车的总质量的增加(例如大约5到10kg)的问题。

最近，某些商品化车配备有还以缩写DMT已知的电压保持设备，其与电池串联安装。DMT实际上是瞬时功率的补偿电压DC/DC转换器，对低压敏感的构件通过该转换器至少在重新起动阶段期间被供电，DMT于是在电池上获取其能量。该解决方案实际上提出了与使电池分成两个的解决方案类似的问题，因此有车的电子结构的复杂化、车质量的增加、归因于DMT容积的体积的浪费以及没有被该转换器供电的机构的性能的降低。

另外，从专利FR2853154中已知被装入机动车上的消耗构件的电能供电系统，该电能供电系统包括形成电能发电机的装置，其输出由电网连接到第一电能储存装置-例如电化学电池-和第一消耗构件。第二消耗构件通过形成辅助能源的装置例如电容器和开关装置连接到电网，开关装置的功能由控制装置操纵，以允许第二储存装置从系统的其余部分充电以及第二储存装置与第二消耗构件串联连接以确保在其启动期间的供电。这样的设备允许增加电压和在第二消耗构件在其启动期间的边界处的功率，因而允许缓和与大能量消耗构件的启动相关的电压下降，而并不因此使发电和能量储存装置尺寸过大。因此，该设备的唯一目的是向功能提供瞬时功率，而在发动机停止阶段期间不提供解决方案。

发明内容

本发明的目的因此是包括交流起动器和电容器的网络结构，其允许最小化当交流起动器在起动模式中时电压的下降。

根据本发明，该目的通过电路来达到，该电路包括：地线；车载网络，其具有通过包括第一开关的第一分支和包括第二开关的第二分支连接到车载网络并连接到地线的电池；连接到电池的交流发电机；连接到车载网络和地线的起动器和消耗构件，该电路还包括电压保持设备，其包括：桥，其将在电池和第一开关之间的第一分支的点连接到在第二开关和地线之间的第二分支的点；以及连接到在第三开关和第二分支之间的点处的桥的电容器和只在电容器的再充电期间允许电流在第二分支中流动的内部供电设备。

本发明特别适用于包括交流起动器的电路。

使用根据本发明提出的网络结构，电压可尤其在起动期间被维持，即，当交流起动器在起动模式中操作并因而形成对网络重要的充电时，以便其它电消耗构件不被通常由起动功能的触发产生的电压下降干扰。

该目的通过简单地使用开关和内部供电设备来达到，该内部供电设备当然可为DC/DC转换器类型的，但然而因此有与现有技术所主张的转换器的成本不能比较的(同时财政和体积的)成本。

可从传统电路获得根据本发明的电路，一定数量的元件(实际上第二分支、桥、内部供电单元、电容器和几个开关)被添加到该传统电路，但并不应因此更改车的电子结构的所有其余部分，也就是说，本发明在停止和起动功能被设想为选项的情况下实施起来特别简单，因为车的传统电路没有被重新定义。

在优选的变化形式中，电路被设想成使得例如第一分支将电池的负极连接到地线。

在一种变化形式中，内部供电设备包括二极管和电感线圈。该变化形式也可涉及另一类型的DC/DC转换器(特征)，尤其是变压器型转换器。

转换器可实际上通过多个电容器的串联组合构成。这个或这些电容器此外有利地是也以术语超电容或UCAP已知的超电容器，能量储存技术通过超电容器基于传统电容器的操作原理，并因此提供在能量密度上比电化学电池更弱的性能但以强大功率储存/缩减储量的能力。超电容器支持比常规电池的充电和再充电周期多得多的充电和再充电周期的数量，专门用于在短时间内需要很高的功率源的应用中。目前商品化的超电容器一般由圆柱形元件构成，圆柱形元件本身通过卷起一张薄板形成，该薄板由形成阳极的铝薄片、纸质隔板和形成阴极的另一铝薄片组成。形成阳极和阴极的薄片一般受到表面处理，以有利于薄氧化铝层的形成，尤其是活化层例如碳泡沫的粘接。这样形成的元件然后被电解液浸渍，且整体被包围在密封箱中，以便避免电解液的蒸发，当然同时预期实现用于将阳极和阴极连接到电路的手段。

在本发明的变化形式中，开关有利地由根据交流起动器的操作模式控制转换的操纵单元管理。优选地，该管理将同样考虑外部参数，例如车速、热力发动机的运转状态、电容器的充电水平、电池的充电水平和车载网络的充电水平。

附图说明

从参考附图在下面进行的实施方式的描述中，本发明的其它优点和特征变得明显，其中：

图1是示出在没有补偿方法情况下在起动期间车载网络的电压下降的示意图；

图2是配备有根据本发明的集中式电压保持设备的机动车的电路的简化示意图；以及

图3示出对于符合图2的电路在重新起动期间车载网络和电容器电压的电压变化。

具体实施方式

图1是示出在配备有停止和起动类型的重新起动功能的车上在重新起动期间车载网络的电压的变化的模拟。可观察到，在大约500ms的时期期间，通常为大约12.5伏的车载网络的电压(假设车配备有相同电压的传统电池)以准瞬时的方式下降到大约8伏。

为了避免这样的电压下降，本发明提议通过给车的电路添加电压保持设备来更改车的电路，该电压保持设备在其不专用于一个(或几个)特定的消耗构件的意义上称为集中式的。在图2中示出该设备。应着重指出，该设备整个位于电池附近的环境中，且其插入只需要车的电路的相对简单的更改。

在图2中，可找到传统电路的元件，即，特别是车载网络R，由电池1例如电化学电池或更一般地任何电压积累的等效装置构成的主要供电源。

电池由交流发电机3供电，交流发电机3通过分支12连接到电池并另外连接到地线M。该交流发电机3是可逆电机，其起交流发电机因而电能发电机的作用(在重新起动之外)并在重新起动(例如第一次起动或重新起动)期间带动热力发动机的轴。在此处没有示出的本发明的变化形式中，交流发电机代替交流起动器，起动和重新起动则由形成电力充电的起动器保证。

所有这些构件以及交流起动器一方面连接到车载网络的电压Ur(例如12.5伏)，另一方面连接到地电位M。电池也通过网络的分支b1连接到该地电位，分支b1连接到电池的负极，而分支b2连接到正极。

根据本发明的电压保持设备本质上通过插入连接两个分支b1和b2的桥b3和电容器2而构成，电容器2放置在将该桥b3连接到分支b1的线b4上。两个操纵开关K1和K3分别安装在分支b1和桥b3上，K1更准确地放置在分支b1的在桥b3和分支b4之间的部分上，且K3放置在桥b3的介于分支b1和承载电容器的分支b4之间的部分上。开关K1和K3通过在这里通常由参考标号5示出的控制器来操纵，并例如由发动机控制器-或更准确地专用于车的起动和重新起动的模块控制。

当开关K3在接通位置而开关K2在关断位置时，电容器与车的电池串联放置。这种配置相应于热力发动机的起动或重新起动阶段。

在分支b2上，另外有形成内部供电设备的组件8，其包括连接到开关K2的二极管10和电感线圈11，开关K2也例如由设备5或专用于该开关的设备操纵。在一种变化形式中，二极管10可由断路器代替，这使BUCK型结构朝着BUCK-BOOST型结构发展。组件8因此从电力观点被分析为最终可逆的DC/DC转换器。

为了通过组件8给电容器再充电，开关K2被控制(最终在频率上)，K3被关断，而K2被接通。

更准确地，电容器的充电电压通过内部供电设备8获得。有利地，该充电电压可根据交流起动器的电特征、车辆的电子功能/构件需求和电池的工作状态(空载电压和内部阻抗和温度)而被调节。

因此，电容器的再充电可在车或发动机的减速期间被控制，该减速相应于动能到电能的恢复阶段。当电力车载网络的充电允许时，该再充电也能以行驶条件例如车速稳定或车或发动机的加速实现。

另外，电容器的再充电同样可只在电容器电压低于在(8)中预定的指定阈值时被控制，允许保证在重新起动或第一次起动期间全部功能/构件的正常性能。

被操纵的开关K1和K3应能够使大约700A或更多的电流(起动器电流)通过，这在如图1所示的大约0.5s的时期期间。称为功率Mos技术的开关可例如适合于此目的。

开关K1、K3且优选地还有K2的操纵单元当然应能够根据关于交流起动器的操作状态的信息，但优选地也根据外部信息例如车或发动机的速度、与参考电平比较的电容器和/或电池和/或车载网络的电压(充电水平)来管理转换。

从存在二极管10方面看，电容器只可这样朝着电池放电，换句话说，电流总是在同一方向上流动。有利地，内部供电单元被设想成在大约10s的时期期间通过大约40A的平均电流给电容器再充电，这针对由至少2.5伏的至少一个UCAP组成的例如300F的电容器。即使内部供电单元具有DC/DC转换器类型，它没有形成所需尺寸来以连续的方式给车载网络供电，因此事实上构成体积非常小且质量非常轻的微转换器。

电容器的电容以及其最大电压可根据性能限制被调节：电池的劣化、重新起动的功率，或在重新起动阶段中需要更高的电压供电的一个或多个功能/构件的限制。在车的减速阶段期间，动能的一部分可用于通过交流发电机给电容器再充电。

在图3中，示出了类似于图1的在重新起动期间车载网络的电压的变化，但这次电路配备有根据本发明的电压保持设备。可观察到与开关K1和K3的闭合和关断相关的但实际上瞬时的电压的轻微峰值的形成，以便它们通常不产生经历这样的峰值的网络的不同电能消耗构件的功能的干扰。车载网络的电压的非常轻微的劣化另外随着重新起动阶段流逝而产生，以在该时期末达到大约1伏，但在这里再次，这通常是与消耗构件的标称功能兼容的值的数量级。

注意，如果交流起动器的充电在热力发动机的起动或重新起动阶段期间不是恒定的，重大的电压变化可能产生，这可通过开关K3的调节来最小化(削减)。

在图3中，还示出了电容器的电压，这表明重新起动形成等于大约仅仅1伏的电压下降的电荷的损失。因为电压的这个变化低于电池的电压，电容器的再充电与如果电容器通过在电池上的并联设置被再充电相比限制少很多。

根据本发明的电压保持设备此外允许部分地补偿在寒冷天气中电池的性能劣化(电容器的性能基本上不被零下温度影响)。使用汽缸工作容积超过例如1.61的发动机也特别有利，对于这些在起动和重新起动期间大功率是必需的。

Claims (13)

1.一种机动车电路，包括：

·地线（M）；

·车载网络（R），其具有通过包括第一开关（K1）的第一分支（b1）和包括第二开关（K2）的第二分支（b2）连接到所述网络（R）并连接到所述地线（M）的电池（1）；

·连接到所述电池（1）的交流发电机（3）；连接到所述车载网络和所述地线（M）的起动器和消耗构件（4）；

·电压保持设备，其包括：

-桥（b3），其将在所述电池（1）和所述第一开关（K1）之间的所述第一分支（b1）的点连接到在所述第二开关（K2）和所述地线（M）之间的所述第二分支（b2）的点；以及

-电容器（2），放置在将所述桥（b3）连接到所述第一分支（b1）的分支（b4）上；以及

只在所述电容器（2）的再充电期间允许电流在所述第二分支（b2）中流动的内部供电设备（8）和所述第二分支（b2）；

第三开关（K3），放置在所述桥（b3）上介于第一分支（b1）和承载所述电容器（3）的分支（b4）之间。

2.如权利要求1所述的电路，特征在于，所述第一分支（b1）将所述电池的负极连接到所述地线（M）。

3.如权利要求1或2所述的电路，特征在于，所述内部供电设备（8）包括二极管（10）和电感线圈（11）。

4.如权利要求3所述的电路，特征在于，所述电容器由串联安装的多个电容器形成。

5.如权利要求1或2所述的电路，特征在于，所述电容器由串联安装的多个电容器形成。

6.如权利要求1所述的电路，特征在于，所述起动器和所述交流发电机形成交流起动器（3），所述第一开关（K1）、第二开关（K2）和第三开关（K3）的操纵单元（5）根据所述交流起动器的操作模式控制转换。

7.如权利要求6所述的电路，特征在于，所述操纵单元（5）还管理在车速、机动车的热力发动机的运转状态、电容器的充电水平、电池的充电水平和车载网络的充电水平中间选择的至少一个外部信息。

8.如权利要求6或7所述的电路，特征在于，所述第一分支（b1）将所述电池的负极连接到所述地线（M）。

9.如权利要求6或7所述的电路，特征在于，所述内部供电设备（8）包括二极管（10）和电感线圈（11）。

10.如权利要求1或2所述的电路，特征在于调节所述第三开关（K3）以削减在热力发动机的起动和重新起动阶段期间的电压变化。

11.如权利要求10所述的电路，特征在于，所述内部供电设备（8）包括二极管（10）和电感线圈（11）。

12.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于所述电容器是超级电容器类型。

13.如权利要求12所述的电路，特征在于，所述内部供电设备（8）包括二极管（10）和电感线圈（11）。

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