CN102282051B - 车辆的车载电网和用于节约能量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆（32）、尤其是汽车的车载电网（1）。该车载电网（1）具有至少被构造用于发电机运行的电机（10）。该车载电网（1）也具有在输入侧与该电机（10）至少间接连接的电压转换器（12）和在输出侧与电压转换器（12）相连的第一蓄能器（14）、尤其是蓄电池。该电机（10）被构造用于回收运行。电压转换器（12）被构造来检测或者限制第一蓄能器（14）的充电状态并且被构造来调节第一蓄能器（14）的充电状态，使得第一蓄能器（14）在发电机运行期间、优选地在车辆消耗能量地行驶时具有备用容量（15）。电压转换器（12）被进一步构造来根据在输入侧接收到的表示车辆（32）的回收运行的回收信号（23）而给第一蓄能器（14）的备用容量（15）充电。

Description

车辆的车载电网和用于节约能量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆、尤其是汽车的车载电网（Bordnetz）。车载电网具有至少被构造用于发电机运行的电机。车载电网也具有在输入侧与该电机至少间接连接的电压转换器和在输出侧与电压转换器相连的第一蓄能器、尤其是蓄电池。

背景技术

由本申请人的DE 103 30 703 A1公知一种带有多级电压（Mehrspannung）发电机电动机的多级电压车载电网，其中在发电机运行期间可以产生电能并且该电能可以被馈入到用于为负载供电的子电网（Teilnetz）。多级电压车载电网也具有第二子电网，其中第二负载与第二子电网连接。

发明内容

根据本发明，电机被构造用于回收运行（Rekuperationsbetrieb）。电压转换器被构造来检测或者限制第一蓄能器的充电状态并且被构造来调节第一蓄能器的充电状态，使得第一蓄能器在发电机运行期间、优选地在车辆消耗能量地行驶时具有备有容量。电压转换器还被构造来根据在输入侧接收到的表示车辆的回收运行的回收信号而给第一蓄能器的备用容量充电。

第一蓄能器优选是蓄电池，尤其是起动电池或者用于车辆前进的驱动电池。

通过前述类型的车载电网可以有利地在汽车中节约能量。在传统的电压转换器、尤其是用于给汽车的蓄电池、尤其是起动电池充电的充电调节器给蓄电池长时间地充电直至蓄电池充满电并且（尤其是借助对输出电压的限制）防止蓄电池被过量充电期间，在前述类型的车载电网的情况下有利地在蓄电池中保留如下备用容量：该备用容量只有当由电机、尤其是发电机或者构造为驱动电动机和发电机的电机产生的电能在回收运行期间（例如在车辆制动时）被产生时才被充电。否则，在车辆制动时的能量（在蓄电池充满电时）会借助车辆或者驱动电动机刹车被转换成损耗热。存储在备用容量中的能量接着可以有利地被用于使电负载运转或者用于起动车辆。前述类型的车载电网因此可以（当被连续地采用在多个车辆中时）有效地有助于改进的环境保护。

在车载电网的有利的实施形式中，车载电网具有第二蓄能器、尤其是电容器、优选地双层电容器。第二蓄能器与电机相连并且被构造来存储由电机在发电机运行和/或回收运行中所产生的电荷。电压转换器在该实施形式中被构造来检测第二蓄能器的充电状态并且根据第二蓄能器的充电状态、尤其是电压而给备用容量充电。由此，（尤其是在车载电网作为多级电压车载电网的实施形式中）当第二蓄能器、尤其是双层电容器充满电时，才给备用容量充电。车载电网可以进一步有利地被构造来选择性地由第一蓄能器或者第二蓄能器为车辆的至少一个电负载供给电能。这样，有利地可以为两个负载提供在回收时产生的电能，这两个负载可以分别以彼此不同的工作电压来运行。这样，例如可以给第二蓄能器、尤其是双层电容器以大于第一蓄能器的电压的电压来充电。进一步有利地，车载电网这样可以具有带有彼此不同的车载电压的两个子电网。

例如，第二蓄能器可以具有电荷的容量，使得车辆以在第二蓄能器中储备的（vorraetiggehalten）电能来起动（例如车辆的内燃机借助起动器来起动）或者行驶（例如具有附加的电动机的电动车辆或混合动力车辆）。

在优选的实施形式中，电压转换器被构造来根据回收信号改变在输出侧产生的用于给第一蓄能器充电的充电电压。电压转换器这样可以有利地产生备用容量。优选地，电压转换器被构造来根据回收信号产生与发电机运行相比增大的充电电压，并且被构造来以增大的充电电压给备用容量充电。例如，电压在发电机运行期间（当例如车辆加速或者以始终不变的速度行驶时）在12V到14V之间。增大的充电电压接着例如可以大于14V、优选地在14.5V到15V之间。

第二蓄能器优选是双层电容器、超级电容器或者超级电容（Supercap）。第一蓄能器优选是铅蓄电池、尤其是铅酸蓄电池。第一蓄能器的其他示例性实施形式是镍镉蓄电池、镍金属混合蓄电池、钠硫磺蓄电池、锂离子蓄电池或者锂聚合物蓄电池。

本发明也涉及一种用于汽车的电压转换器。该电压转换器具有用于连接蓄电池的输出端并且具有用于供电电压的输入端。电压转换器优选地被构造来在输入侧与发电机和/或电容器、尤其是双层电容器的供电电压相连。电压转换器被构造来借助供电电压给蓄电池充电，使得蓄电池不会被过量充电。电压转换器也具有用于回收信号的输入端，其中电压转换器被构造来以充电电压给蓄电池充电并且根据在输入侧接收到的回收信号产生与充电电压相比增大的充电电压并且以增大的充电电压给蓄电池充电。进一步优选地，电压转换器被构造来（与回收信号无关地或者除了回收信号之外）根据在输入侧接收到的电压、尤其是在输入侧所连接的电容器、尤其是双层电容器的电压而产生增大的充电电压。由此，有利地可以形成蓄电池的备用容量，该备用容量可以根据回收信号来充电。

本发明也涉及一种用于使车载电网、优选地车辆（尤其是汽车）的多级电压车载电网运转的方法。在该方法中，检测和/或限制第一蓄能器的充电状态。进一步地，第一蓄能器的充电状态被调节为使得第一蓄能器在发电机运行期间（尤其是在车辆行驶时）具有备用容量并且根据车辆的回收运行给第一蓄能器的备用容量充电。进一步优选地，检测第二蓄能器的充电状态（尤其是电压），并且根据第二蓄能器的充电状态给备用容量充电。进一步优选地，在该方法中，当第二蓄能器充满电时，给备用容量充电。由此，有利地可以优先地在第二蓄能器中储备回收能量。第一蓄能器的备用容量只有当第二蓄能器充满电时才被使用。第二蓄能器优选地可以比第一蓄能器更快地、尤其是以更大的电流被充电。由此，回收能量有利地可以更快和更有效地被存储。

附图说明

现在，在下文中借助附图和其他实施例来描述本发明。

图1示意性地示出了用于汽车的车载电网的实施例，该汽车被构造为多级电压车载电网；

图2示意性地示出了用于使汽车的多级电压车载电网运转的方法的实施例，其中可以有利地节约能量。

具体实施方式

图1（示意性地）示出了用于车辆、尤其是汽车、运输车辆或者叉式装载机的车载电网1的实施例。车载电网1具有两个子电网、即子电网18和子电网24。车载电网1也具有电压转换器12。电压转换器12在输入侧与子电网24相连。子电网24具有蓄能器20，该蓄能器20在该实施例中被构造为双层电容器。子电网24也具有负载电阻22，该负载电阻22例如通过汽车的至少一个、优选地多个电负载来形成。

电压转换器12在输入侧也与发电机10相连。发电机10在该实施例中被构造来根据车辆1的电动机的旋转运动而产生电能并在输出侧将该电能馈入到子电网24中。

电压转换器12在输出侧与子电网18相连。子电网18具有蓄电池14和负载电阻16。负载电阻16例如通过汽车的至少一个电负载、优选地多个电负载来形成。电压转换器12被构造来接收在输入侧接收到的直流电压，例如接收例如在14V到42V之间的用来使子电网24运转的直流电压，并且产生不同于在输入侧接收到的电压的输出电压。电压转换器12在该实施例中被构造来根据在输入侧接收到的电压产生输出电压。在输入侧接收到的电压在该实施例中反映第二蓄能器20的充电状态。电压转换器12在该实施例中被构造来产生小于在输入侧接收到的电压的输出电压。电压转换器12在该实施例中也被构造来调节第一蓄能器14的充电状态，使得第一蓄能器在发电机10的发电机运行期间（尤其是在车辆消耗能量地行驶时）具有备用容量。

电压转换器12也具有用于回收信号23的输入端21。电压转换器12用输入端21通过连接线路26与车载电网1的控制单元19相连。控制单元19被构造来在车辆的回收运行的情况下产生回收信号23并且在输出侧通过连接线路26输出该回收信号23。

电压转换器12被构造来根据在输入侧接收到的回收信号23用电荷充满蓄电池14的以前产生的备用容量15。电压转换器12被构造来（与在车辆消耗能量地运行期间产生的电压相比）根据在输入侧接收到的回收信号23提高在输出侧产生的电压。

蓄电池14接着以提高的电压这样例如以14.8伏特而不是14伏特来充电，使得备用容量15可以被充满。例如，蓄电池、尤其是铅蓄电池14包括原电池。在另一实施形式中，蓄电池12包括原电池。蓄电池接着可以以提高的为29.2伏特的电压而不是为28伏特的电压来充电。

图2示出了用于使汽车的车载电网（例如图1中已经示出的车载电网1）运转的方法30的实施例。在该方法30中，在方法步骤34，车辆32的发电机10（例如图1中所示的发电机10）所产生的电能借助车辆32的第二蓄能器20（例如双层电容器）被暂存，并且为了使车辆32的具有在14V到42V之间的供电电压的子电网运转而由第二蓄能器20来提供该电能。第二蓄能器20在该方法步骤中尚未充满电。第二蓄能器20与图1中已经示出的电压转换器12相连。

电压转换器12在输出侧与第一蓄能器14相连。第一蓄能器14例如是汽车32的蓄电池、尤其是铅蓄电池，其中铅蓄电池14包括原电池。电压转换器12被构造来在车辆32的消耗能量的运行的情况下利用预先确定的（例如在13.5伏特到14伏特之间的）电压给第一蓄能器14仅仅部分充电，使得第一蓄能器14具有备用容量15。第一蓄能器被示为如下铅蓄电池：该铅蓄电池被放电至10.5伏特并且该铅蓄电池的备用容量在13.5伏特的电压的情况下开始。

方法30也示出了方法步骤36。在该方法步骤36中，车辆32（在该方法步骤中被示为车辆32＇）例如上坡继续行驶并且在此消耗能量，例如消耗汽油、柴油、气体或者氢。发电机10在消耗能量的运行期间进一步给第二蓄能器20充电，直至第二蓄能器20被充满电并且在充满电的状态下具有预先确定的充电电压（例如42V）。

方法30也示出了方法步骤38。在该方法步骤38中，车辆32（在该方法步骤中被示为车辆32＂）下坡行驶并且可以在下坡行驶期间借助发电机10产生回收能量。第二蓄能器20在该实施例中已经被充满电，不再吸收其他电能。电压转换器12现在可以根据在输入侧在输入端21上接收到的回收信号23给备用存储器15充电，使得回收能量可以被存储在备用存储器15中。电压转换器12为此例如可以在输出侧产生14.8V的电压。

在备用存储器15中这样存储的回收能量现在可以进一步用于使车辆32的电负载运转。

不同于在方法步骤36中所示出的那样，第二蓄能器20可以在回收运行期间被充电。除了已经示出的电压转换器12之外，车辆32的车载电网可以具有另一电压转换器，所述另一电压转换器被布置在第二蓄能器与发电机10之间。第二电压转换器可以被构造来例如借助第二蓄能器中的充电电压的变化而准备好另一备用容量，并且根据回收信号23给另一备用容量充电。

借助这样构造的电压转换器12可以有利地节约能量，使得可以以这种方式有利地（尤其是通过减小温室气体的产生）而减轻环境的负担。

Claims (15)

1.一种用于车辆（32）的车载电网（1），

其具有至少被构造用于发电机运行的电机（10），和具有在输入侧与电机（10）至少间接连接的电压转换器（12），并且具有在输出侧与电压转换器（12）相连的第一蓄能器（14），

其特征在于，

电机（10）被构造用于回收运行（38），并且电压转换器（12）被构造来：检测或者限制第一蓄能器（14）的充电状态，而且调节第一蓄能器（14）的充电状态，使得第一蓄能器（14）在发电机运行（34，36）期间具有备用容量（15），并且根据在输入侧接收到的表示车辆（32）的回收运行（38）的回收信号（23）而给第一蓄能器（14）的备用容量（15）充电。

2.根据权利要求1所述的车载电网（1），其特征在于，所述第一蓄能器（14）是蓄电池。

3.根据权利要求1所述的车载电网（1），其特征在于，所述电压转换器（12）被构造来调节第一蓄能器（14）的充电状态，使得所述第一蓄能器（14）在车辆行驶时具有备用容量（15）。

4.根据权利要求1至3之一所述的车载电网（1），

其特征在于，

车载电网（1）具有第二蓄能器（20），所述第二蓄能器（20）与电机（10）相连并且被构造来存储由电机（10）在发电机运行（34，36）和/或回收运行（38）中产生的电荷，

其中电压转换器（12）被构造来检测第二蓄能器（20）的充电状态并且根据第二蓄能器（20）的充电状态而给备用容量（15）充电。

5.根据权利要求4所述的车载电网（1），其特征在于，所述第二蓄能器（20）是双层电容器。

6.根据权利要求4所述的车载电网（1），

其特征在于，电压转换器（12）被构造来根据电压而给备用容量（15）充电。

7.根据权利要求1至3之一所述的车载电网（1），其特征在于，

电压转换器（12）被构造来根据回收信号（23）改变在输出侧产生的用于给第一蓄能器充电的充电电压。

8.根据权利要求7所述的车载电网（1），其特征在于，

电压转换器（12）被构造来根据回收信号（23）产生与发电机运行相比增大的充电电压并且以增大的充电电压给备用容量（15）充电。

9.一种用于汽车的电压转换器（12），

其具有用于连接蓄电池的输出端和具有用于供电电压的输入端，其中电压转换器被构造来借助供电电压给蓄电池（14）充电，使得不能给蓄电池（14）过量充电，

其特征在于，

电压转换器（12）具有用于回收信号（23）的输入端（21），并且电压转换器（12）被构造来：以充电电压给蓄电池（14）充电，并且根据在输入侧接收到的回收信号（23）产生与充电电压相比增大的充电电压，而且以增大的充电电压给蓄电池充电，使得形成蓄电池（15）的备用容量（15），该备用容量（15）能够根据回收信号（23）来充电。

10.一种用于使车辆（32）的多级电压车载电网（1）运转的方法（30），其中，

检测第一蓄能器（14）的充电状态，并且调节第一蓄能器（14）的充电状态，使得第一蓄能器（14）在发电机运行（34，36）期间具有备用容量（15），并且根据车辆（32＂）的回收运行（38）来给第一蓄能器（14）的备用容量（15）充电。

11.根据权利要求10所述的方法（30），其中，调节第一蓄能器（14）的充电状态，使得第一蓄能器（14）在车辆行驶时具有备用容量（15）。

12.根据权利要求10所述的方法（30），其中，

检测第二蓄能器（20）的充电状态，并且根据第二蓄能器（20）的充电状态来给备用容量（15）充电。

13.根据权利要求12所述的方法（30），其中，所述第二蓄能器（20）是双层电容器。

14.根据权利要求12所述的方法（30），其中，根据电压来给备用容量（15）充电。

15.根据权利要求12所述的方法（30），其中，当第二蓄能器（20）被充满电时，给备用容量（15）充电。

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