CN102246387A - 用于机动车的能量供给网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车的能量供给网络，所述机动车具有可借助启动器驱动源、尤其是电动机驱动的驱动源，该网络具有启动器能量供给网络（101），用于将电能输入该启动器驱动源；机动车能量供给网络（105），用于将电能输入至少一个机动车耗电器，其中在机动车能量供给网络（105）中设置有电存储器（119）用于从启动器能量供给网络（101）接收多余电能。

Description

用于机动车的能量供给网络

技术领域

本发明涉及机动车中供给电能的领域。

背景技术

在现代机动车驱动装置中，电动机经常被应用为用于起动内燃机的启动器。为此，电部件足够的尺寸大小尤其是必要的，因为在起动内燃机时需要大功率和大电流。因此，用于启动器的必需的峰值电流可根据机动车发动机的大小为几百安培直到1000安培或者甚至更多。在常规的车载电网拓扑中由车载电网电池或启动器电池馈送大的电流并且通常仅通过车载电网中的大功率电阻比和组件内电阻、例如启动器电池或启动器的内电阻来限制，这样会造成启动器高的、脉冲状的起动力矩。这导致提高了机械应力，该提高的机械应力缩短启动器的使用寿命。此外，峰值电流造成常规的车载电网中强烈的电压扰动以及对电磁兼容性（EMV）的损害。

为了有目的地限制峰值电流，例如可在电动机的可电磁激励的转子的主电流路径中设置具有负温度系数的电阻，或者设置如在文献EP 1 369 569 中描述的电流时钟控制装置，由此可降低损耗功率并且实现更高的效率。但是，在大电流的时钟控制装置中，由于持续存在的引线电感而产生也可电磁地、不利地影响其它机动车组件的电压峰值或电流峰值。但是，尤其是在起动阶段中要输入电动机的电流的限制会导致未使用所有可供使用或输出的电能，其中在起动阶段中电动机例如机械地驱动内燃机。

发明内容

本发明基于如下认知：用于供给启动器电能的启动器能量供给网络所不需的、尤其是在用时钟控制的电流限制时产生的多余电能可被馈入设置用于给其它机动车耗电器例如空调装置供给电能的机动车能量供给网络中。由此，实现了对可供使用的电能总体更有效的充分利用。为此，启动器能量供给网络和机动车能量供给网络可被耦合，这些网络是单独的网络，其中，为了交换电能，在机动车能量供给网络中设置电能量存储器例如电容器，以便存储来自启动器能量供给网络的多余电能。

机动车能量供给网络的能量存储器例如可具有位于毫法拉至法拉的范围中的电容。这样的电容可优选地借助Cap元件实现。但是，也可在机动车能量供给网络中设置较小的电容，只要启动器能量供给网络同样装配有电能量存储器例如另外的电容。在两个网络耦合时，相应的电容因此被彼此并联地设置，由此提高了总电容。为了网络耦合，例如可设置二极管，由此能够实现在启动器能量供给网络的电容与机动车能量供给网络的电容之间的单向能量交换。通过在启动器能量供给网络中也就是在起动器支路中、以及在机动车能量供给网络中也就是在车载电网支路中的、可借助二极管耦合的电能量存储器实现了电流或电压的整流，其使得很大程度上避免了电流尖峰或电压尖峰和电磁干扰。

设置在机动车能量供给网络中的能量存储器同时用作缓冲存储器，使得可避免电压尖峰传输到车载电网中及随之而来的对电组件的干扰或损坏。此外，在可包括车载电网的机动车能量供给网络中可在电流路径中使用具有较小击穿电压的电部件，由此降低了组件成本。如果启动器能量供给网络借助启动器电池来供给能量，则因此可将该启动器电池设置在功率电子装置附近，由此实现了导线电感的减小。此外，通过缓冲多余电能可改善用于用时钟控制启动器电流的电路装置的电磁兼容特性。由于明显减少了在用时钟控制启动器电流时的电压尖峰，因此也可在启动器能量供给网络中使用具有较小击穿电压的电部件。此外，启动器电池可在空间上远离引起电流时钟控制的时钟开关（Taktschalter）地设置，由此可实现功率电子装置与启动器电池的灵活分区，使得该启动器电池可被构建在行李舱并且功率电子装置例如可被构建到乘客车厢中，而不会不利地电磁影响其它机动车组件。

此外，根据本发明可将存储在启动器能量供给网络的馈电线的磁场中的电能至少部分地馈入机动车能量供给网络中、也就是车载电网中，由此车载电网在启动器电池通常不提供给车载电网使用的电流时钟控制（Stromtaktung）时被供给附加的电能。如果附加地在启动器能量供给网络中设置电容，则在启动过程期间通常供给启动器电能的启动器电池可由设置在起动器侧的电容支持。以此方式可为启动器提供使用更多的电能。

根据一个方面，本发明涉及一种用于机动车的能量供给网络，该机动车具有可借助启动器驱动源例如电动机驱动的驱动源例如内燃机。该能量供给网络包括启动器能量供给网络用于将电能输入给启动器驱动源、以及机动车能量供给网络用于将电能输入给至少一个机动车耗电器。在机动车能量供给网络中优选地设置电能量存储器，该能量存储器被设置用于接收来自启动器能量供给网络的多余电能并且将其馈入与该启动器能量供给网络相耦合的机动车能量供给网络中。

根据一个实施形式，在启动器能量供给网络中设置能量存储器、例如电容器，用于接收多余电能以及用于将其输入给机动车能量供给网络的能量存储器。由此，能够以有利的方式实现总体上较小电容的应用。

根据一个实施形式，在启动器能量供给网络中尤其是与另一个能量存储器并联地设置启动器电池，由此有利地除了提供用于启动器驱动源的电能还能够实现对多余电能的有效存储。

根据一个实施形式，该启动器能量供给网络通过单向的电连接元件、尤其是通过二极管与机动车能量供给网络相连接。由此，以有利的方式阻止了机动车能量供给网络对启动器能量供给网络的反作用。

根据一个实施形式，与机动车能量供给网络的能量存储器并联地设置另一个存储器、尤其是备用电池，其可在需要时以有利的方式输出附加能量用于供给另外的机动车耗电器。

根据一个实施形式，该另一个能量存储器可借助开关接通或断开，使得该开关有利地仅在需要时被接通。

根据一个实施形式，在启动器能量供给网络中设置一个可用时钟控制的（taktbares）电路元件、尤其是可用时钟控制的开关，用于限制待输入启动器驱动源的电流幅度。由此可有利地实现用时钟控制的电流限制。

根据一个实施形式，与该可用时钟控制的开关元件并联地设置另一个开关元件、尤其是另一个开关，该开关可以有利地方式作为可用时钟控制的开关元件传导较大的电流并且在需要时被接通。

根据一个实施形式，启动器能量供给网络在输出侧借助朝截止方向极化（in Sperrrichtung geploter）的二极管与接地端子相连接，由此有利地实现了过压保护。

根据一个实施形式，机动车能量供给网络在输出侧与用于产生电能的发电机连接。该发电机例如可以是车载电网的发电机并且被设置用于供给电耗能器例如空调装置。在起动过程时由机动车能量供给网络到启动器能量供给网络的能量回流可借助在启动器能量供给网络与机动车能量供给网络之间的、可在截止运行中运行的二极管来禁止。此外，发电机可以是机动车能量供给网络的组成部件。

根据一个方面，本发明涉及用于机动车的能量供给方法，该机动车具有可借助启动器驱动源例如电动机驱动的驱动源。能量供给方法包括:借助启动器能量供给网络将电能输入启动器驱动源，借助机动车能量供给网络将电能输入至少一个机动车耗电器，将多余电能从启动器能量供给网络传输给机动车能量供给网络，将多余电能存储到尤其是机动车能量供给网络中并且将存储的多余电能馈入机动车能量供给网络中。

附图说明

其它的实施例参照附图被更详细说明。其中

图1示出了一种能量供给网络的电路原理图；

图2示出了一种能量供给网络的电路原理图；及

图3 示出了一种能量供给网络的电路原理图。

具体实施方式

在图1中示出的能量供给网络包括启动器能量供给网络101，该启动器能量供给网络借助二极管103与机动车能量供给网络105相耦合。该启动器能量供给网络101包括启动器电池107，该启动器电池与电能量存储器109并联地设置在可借助时钟信号113被时钟控制的开关111的输入端与接地端子115之间。该开关111的输出端与启动器驱动源尤其是电动机的电流端子相连接。此外，该开关111的输出端通过一个以截止方向设置的、可选的二极管与接地端子115相连接。

连接在二极管103后面的机动车能量供给网络105包括电能量存储器119，该能量存储器连接二极管103的输出端与接地端子115。与存储元件119并联地设置另一个电能量存储器、尤其是辅助电池121。此外，另一个电容119与发电机123并联地设置，该发电机例如供应耗电器125电能。

在运行中，启动器驱动源117由启动器电池107供给电能。优选地，电流借助开关111被用时钟控制，其中二极管115结构中的空载元件被设置为过压保护。电能量存储器109被用作换向存储器（Kommutierungsspeicher）并且例如可被构造为双层电容器。

在用时钟控制运行（Taktbetrieb）中，在开关111断开时，例如由存在的引线电感产生的电流被电能量存储器109接收并且作为多余电能存储。由于以流动方向设置的二极管103，该多余电能可被馈入机动车能量供给网络中并且被存储在电能量存储器119中。该多余能量可被输入耗电器125，该耗电器可与发电机123一起构成车载电网127。该与电能量存储器119并联设置的另一个电能量存储器121尤其是在启动器驱动源117运行时可例如用于支持机动车能量供给网络105。可选地，电能量存储器121可借助开关215被接通或断开。

图2示出了一个能量供给网络的电路图，该能量供给网络基于图1中示出的能量供给网络。与此不同的是，与二极管103并联地设置开关元件201例如开关。二极管103和开关元件201可被共同实现在半导体开关的结构中。此外，在图2中示出的电路图中为了更好地理解装置的工作原理示出了一些等效电路元件，例如导线电感203、启动器驱动源117的电感205、导线电感207、电能量存储器107的串联内电阻209、导线电感211以及电能量存储器121的串联内电阻213。

图3示出了基于图2中示出的电路图的能量供给网络的电路原理图。与此不同的是，与开关111并联地设有另一个开关301，该开关在启动器驱动源117的电流需求提高时可被闭合。由此，开关111例如可被构造为半导体开关，而另一个开关301例如被构造为继电器。

借助图1至3中示出的实施例尤其是实现如下目标：调节或限制开关电流到一个最大值，该最大值例如可以根据待启动的驱动设备而提供所需的启动功率、和/或根据当前的系统条件例如外部温度和/或驱动源温度来选择，使得可始终提供在舒适性和使用寿命方面最佳的启动电流以供使用。但是如果电流限制不能提供足够的启动电流，这例如可以是在冷启动时的情况，或者如果开关111不能接收足够的电流，则开关301可被闭合，由此使得可传导足够的电流。

为了借助启动器驱动源117起动驱动源，例如断开开关201并且闭合用于通过另一能量存储器121支持车载电网的可选开关215。为了通过启动器驱动源117起动驱动源例如内燃机，首先闭合开关111。流过启动器驱动源117的电流尽管会被系统电感203、207或211阻尼但还是增加，直到达到一个电流极值，该电流极值被设置为最大电流值、例如600A。同时，电能量存储器109被至少部分地充电。

在图1至3中未示出的调节装置借助时钟信号113例如根据在相应电路中的相应时间常数断开开关111，由此电流从能量存储器107流向能量存储器或换向存储器109并且对其充电，使得在能量存储器109上电压上升。由此，阻止了大电流的不连续中断，该电流从能量存储器107流过导线电感207。然而导线电感207继续传导电流，使得在合适地选择电能量存储器109的电容时能量存储器109上存在的电压大于车载电网电压。

存储在能量存储器109中的多余能量可通过用作耦合元件的二极管103流入机动车能量供给网络105及尤其是流入车载电网127。如前所述，二极管103可作为半导体开关的衬底二极管被实现，该半导体开关实现开关201。能量存储器119接收多余能量，由此也实现了待输入车载电网127的电流的平滑。这在用作备用能量存储器的能量存储器121的平滑作用由于导线电感211以及内电阻213而受限的范围内是有好处的。

如果能量存储器119具有足够的存储器容量，该存储器容量例如可被设置在毫法拉范围至法拉范围内，则可放弃启动器能量供给网络101中的另一能量存储器109。优选地则可使用相应被确定电流大小的二极管103。在运行中，电流通过启动器驱动源117被驱动地继续流过电感203和209，使得可在启动器能量供给网络中、也就是在启动器电路中避免突然的电流中断。

总之，由此可避免突然的电流变化，使得此外可避免感应出高的过压。因为在例如600A的电流突然中断时可产生多达几百伏的过压。

如果通过启动器117的电流降低到一个确定的下限值之下，该下限值例如具有一个位于设定的电流额定值附近的回差（Hysterese），则可再次闭合开关111，由此电流再次升高并且开关111上的电压由于内电阻209而下降。以此方式，能量存储器109可继续放电并且输入机动车能量供给网络105，以便支持来自能量存储器121的电流。

如果在启动器驱动源117或由启动器驱动源117驱动的内燃机开始运行之后或开动之后的启动电流下降，则减小启动器功率是需要的。因此，可闭合开关111，由此调节启动器电流时钟控制。在由启动器驱动源117驱动的驱动设备例如内燃机启动之后，可再次断开开关111。因此，在正常运行中能量存储器109可通过开关201供给车载电网127附加能量。

在冷启动时，如前所述，可超过开关111的电流负荷能力，当开关111被设计为半导体开关时，则这尤其可以是这种情况。在此情况下，存在可通过开关301传导启动电流的可能性，该开关可被设计为继电器。此外，在断开开关301时，可以有利的方式附加地使用可构造成二极管的空载元件114和设计成换向存储器的能量存储器109，以便减少开关电压尖峰。另外，存储在导线电感207中的磁能可被馈入车载电网127中。

Claims (11)

1.用于机动车的能量供给网络，所述机动车具有能够借助启动器驱动源尤其是电动机驱动的驱动源，该能量供给网络具有：

启动器能量供给网络（101），用于将电能输入该启动器驱动源；

机动车能量供给网络（105），用于将电能输入至少一个机动车耗电器，其中在机动车能量供给网络（105）中设置有电存储器（119）用于接收启动器能量供给网络（101）的多余电能。

2.根据权利要求1所述的能量供给网络，其特征在于，为了存储所述多余电能而在启动器能量供给网络（101）中设置有电存储器（109）、尤其是电容器，以将所述多余电能输入所述机动车能量供给网络（105）的存储器（119）。

3.根据权利要求2所述的能量供给网络，其特征在于，在启动器能量供给网络（101）中与另一电存储器（109）并联地设置有启动器电池（107）。

4.根据前述权利要求中一项所述的能量供给网络，其特征在于，该启动器能量供给网络（101）的电存储器(109)通过单向的电连接元件（103）、尤其是通过二极管与该机动车能量供给网络（105）的电存储器（109）连接。

5.根据前述权利要求中一项所述的能量供给网络，其特征在于，该机动车能量供给网络（105）具有另一电存储器（121）、尤其是备用电池，该另一存储器（121）与该电存储器（119）并联地设置。

6.根据权利要求5所述的能量供给网络，其特征在于，所述另一电存储器（121）能够借助开关（215）接通或断开。

7.根据前述权利要求中一项所述的能量供给网络，其特征在于，在启动器能量供给网络（101）中设置有可用时钟控制的开关（111），用于限制待输入启动器驱动源的电流的幅度。

8.根据权利要求7所述的能量供给网络，其特征在于，与该可用时钟控制的开关（111）并联地设置有另一开关（301）。

9.根据前述权利要求中一项所述的能量供给网络，其特征在于，该启动器能量供给网络（101）在输出侧借助朝截止方向极化的二极管（114）与接地端子（115）连接。

10.根据前述权利要求中一项所述的能量供给网络，其特征在于，该机动车能量供给网络（105）在输出侧与发电机（125）连接。

11.用于机动车的能量供给方法，该机动车具有能够借助启动器驱动源、尤其是电动机驱动的驱动源、尤其是内燃机，该方法包括：

将电能借助启动器能量供给网络输入启动器驱动源；

将电能借助机动车能量供给网络输入至少一个机动车耗电器；

将启动器能量供给网络的多余电能传输给机动车能量供给网络；

存储多余电能；并且

将存储的多余电能馈入该机动车能量供给网络中。

Images