CN102725169A - 用于具有高功率耗电器的微型混合动力机动车的蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有内燃机的机动车的蓄电池系统，其中该蓄电池系统至少具有启动电路、低压车载电网和具有提高了的电压的车载电网。启动电路具有第一蓄电池(10)和与第一蓄电池(10)相连接或可连接的启动机(11)，该启动机被构造为根据启动信号启动内燃机。低压车载电网具有第二蓄电池(15)和至少一个耗电器(14-2)，该第二蓄电池(15)被构造为产生第一电压且将其输出给低压车载电网。具有提高了的电压的车载电网具有第三蓄电池(20)和发电机(13-2)，第三蓄电池(20)被构造为产生高于第一电压的第二电压并将其输出给低压车载电网，发电机可由内燃机驱动且被构造为产生高于第二电压的第三电压且将其输出给具有提高了的电压的车载电网。具有提高了的电压的车载电网通过第一耦合单元(16)与低压车载电网相连接，第一耦合单元被构造为从具有提高了的电压的车载电网获取电能且将其引入至低压车载电网。低压车载电网通过第二耦合单元(17)与启动电路相连接，第二耦合单元被构造为从低压车载电网获取电能且将其引入至启动电路。此外，本发明还涉及一种具有相应的蓄电池系统的机动车。

Description

用于具有高功率耗电器的微型混合动力机动车的蓄电池系统
技术领域
本发明基于一种用于机动车的蓄电池系统，此机动车以相同的工作电压给多个不同种类的耗电器供能。本发明还涉及一种具有相应的蓄电池系统的机动车。
背景技术
在具有内燃机的机动车中设置所谓的车载电网，以便向用于内燃机的电气启动机或启动装置以及机动车的其他电气设备供能，依据标准，以14V驱动此车载电网(见图1)。在内燃机(未示出)启动时，通过此车载电网向启动装置11提供电压，该电压取决于为了供能而设置的启动蓄电池10的充电状态，此启动装置启动内燃机(在图1的示例中：当通过相应的启动信号闭合开关12时)。如果内燃机已经启动，则其驱动发电机13-1(“照明发电机”)，然后，此发电机产生大约为14V的电压并将其通过车载电网提供给机动车内的各种耗电器14-1。其中，发电机13-1也为在启动过程中加载的启动蓄电池10再次充电。
可以预见，在不远的将来，所谓的微型混合动力机动车将经历进一步的发展。相较于“纯”混合动力汽车，这种类型的机动车还具有内燃机用于驱动。尽管设置了用于例如在制动时回收动能(能量回收)的装置，但以电形式回收的能量并没有用于驱动，而是用于自动启停和其他电气子系统等，以尽量少用由内燃机驱动的发电机，从而减轻内燃机的负担并由此减少其燃料消耗。
然而，如今在批量生产的微型混合动力机动车中已经有很多关于通常使用的铅酸蓄电池的使用寿命的问题，因为相较于传统的机动车，这种机动车需要巨大的额外充电量。原因在于：耗电器在内燃机关闭的停止阶段必须由蓄电池供能。另一方面，以此种方式迅速放电的蓄电池在相对短的能量回收阶段又被充电，这是蓄电池的负担。这导致了部分微型混合动力机动车中的蓄电池使用寿命低于两年。必须经常更换蓄电池导致了机动车的可靠性问题和顾客的不满。
另一个如今设计的机动车的问题是：当车载电网运行在14V时，诸如电气空调压缩机或电气取暖系统的电气高功率耗电器的供能是有问题的，因为鉴于相对低的电压必须向这些耗电器供给非常高的电流，以提供所需的功率。
发明内容
因此，本发明引入一种车载电网或蓄电池系统，其所使用的蓄电池具有更长的使用寿命，且其更适合于向高功率耗电器供能。
本发明的第一方面提出一种用于具有内燃机的机动车的蓄电池系统，其中此蓄电池系统至少具有启动电路、低压车载电网和具有提高了的电压的车载电网。该启动电路具有第一蓄电池和与第一蓄电池相连接或可连接的启动机，此启动机被构造为根据启动信号启动内燃机。低压车载电网具有第二蓄电池和至少一个耗电器，此第二蓄电池被构造为产生第一电压且将其输出给低压车载电网。具有提高了的电压的车载电网具有第三蓄电池和发电机，此第三蓄电池被构造为产生高于第一电压的第二电压且将其输出给具有提高了的电压的车载电网，此发电机可由内燃机驱动且被构造为产生高于第二电压的第三电压(并且能够由此作为用于第三蓄电池的充电电压)且将其输出给具有提高了的电压的车载电网。具有提高了的电压的车载电网通过第一耦合单元与低压车载电网相连接，此第一耦合单元被构造为从具有提高了的电压的车载电网获取电能并将其引入至低压车载电网。低压车载电网通过第二耦合单元与启动电路相连接，第二耦合单元被构造为从低压车载电网获取电能且将其引入至启动电路。
本发明具有如下优点，即低压车载电网能够进一步驱动设计在低(第一)电压上的耗电器。然而，具有提高了的电压的车载电网用于高功率耗电器，由于第三电压较高，该车载电网能够以相对小的电流向高功率耗电器供能。此外，启动电路和低压车载电网是分开的，且启动电路和低压车载电网分别拥有一个自己的蓄电池。这样能够稳定低压车载电网且使其对于由微型混合动力机动车的自动启停引起的经常性启动过程较不敏感。尤其地，低压车载电网的电压在启动时不会骤降或者至少骤降量明显减小，这就确保了低压车载电网中运行的耗电器无差错地并由此可靠地工作。具有提高了的电压的车载电网也具有一个自己的蓄电池，从而在发电机没有打开的停止阶段确保了高功率耗电器的运行。
根据本发明，发电机安装在具有提高了的电压的车载电网中，且其在内燃机的成功启动后向车载电网供给电能，此电能至少部分地也能够被提供至低压车载电网和启动电路，从而分别为第二和第一蓄电池充电。再次，在具有提高了的电压的车载电网中安置发电机还具有如下优点：在具有提高了的电压的车载电网中产生电能，在具有提高了的电压的车载电网中同样安置有最大的耗电器。电能中仅仅只有很少一部分必须通过耦合单元提供至低压车载电网，这提高了整个装置的效率。此外，启动电路和低压车载电网具有特殊的蓄电池，此蓄电池能够向低压车载电网的耗电器以及启动机本地地提供所需的电气功率并且能够缓冲峰值功率，从而减轻耦合单元的负担。
特别优选地，蓄电池系统中的第一、第二或第三蓄电池至少有一个是锂离子蓄电池。相较于铅酸蓄电池，锂离子蓄电池能够在给定的体积内存储更多的能量。此处，特别有利的是：此第一和第二耦合单元在内燃机的成功启动之后将电能从低压车载电网或从具有提高了的电压的车载电网分别引入至启动电路和低压车载电网，且因此分别作为第一和第二蓄电池的充电器而起作用。在本发明优选的实施例中，第一和/或第二蓄电池应该以一种特殊的方式充电，因为其被实施为锂离子蓄电池且因此对于过压是敏感的。锂离子蓄电池的另一个优点是：其能够经受多次循环充电且因此能够提高微型混合动力机动车的可靠性。
具有提高了的电压的车载电网能够具有至少一个诸如电气空调压缩机、电气取暖系统或电动机的高功率耗电器。低压车载电网的至少一个耗电器能够例如是：音响设备、导航装置或电摇窗器。
在本发明的一个有利的实施例中设置了二极管，其阳极与所述低压车载电网相连接，其阴极与所述启动电路相连接。如果启动电路中的电压由于内燃机启动时的较大负载而骤降，则二极管将自动开始导通且通过将第二蓄电池与第一蓄电池并联连接来稳定启动电路的电压。因为二极管相较于第二耦合单元能够导通明显更大的电流，所以第二耦合单元可能不能如期望的那样稳定启动电路中的电压。
第一蓄电池能够被构造为产生第一电压并且将其输出给启动电路。由此启动电路中的电压和低压车载电网中的电压被选为一样，这尤其在考虑到上述的具有二极管的实施例时有意义。此外，针对低的第一电压设计的、已试验的启动机能够继续在根据本发明的蓄电池系统中使用。
优选地，第一耦合单元和/或第二耦合单元为DC/DC转换器。
第一电压能够在10V和15V之间。这个电压范围保证了与机动车制造中可使用的很多电气系统的兼容性。出于同样的原因，也优选地针对启动电路设置第一电压。
优选地，第二电压在24V和25V之间。这一电压范围允许简单地向高功率耗电器提供所需的电功率，而不用提升其电压以致由于电压高而对修理时的维修人员或者事故时的救援人员或乘客产生危险。通过将第二电压大约设置在第一电压的两到三倍之间，具有提高了的电压的车载电网和低压车载电网的耦合也将非常简单，由此能够以高效率实现将第二电压转换至第一电压。
本发明的第二方面涉及一种具有内燃机和本发明第一方面所述的蓄电池系统的机动车。此种机动车优选地实施为微型混合动力机动车。
附图说明
下面将根据实施例的附图进一步阐述本发明。其中，相同或者相似的附图标记代表相同或者相似的元件。附图中：
图1示出了现有技术中的蓄电池系统；以及
图2示出了依据本发明的蓄电池系统的实施例。
具体实施方式
图2示出了依据本发明的蓄电池系统的实施例。优选地实施为锂离子蓄电池的第一蓄电池10向启动电路供给优选为10V至15V的电压，其中，准确的电压取决于第一蓄电池10的充电状态。启动机11和第一蓄电池10相连接，其被构造为启动内燃机(未示出)。与启动机11串联的是受启动信号控制的开关12。如果开关12闭合，启动机11被激活且电流从第一蓄电池10流过启动机11。为了不给第一蓄电池10额外地增加负担，优选地不给启动机11并联其他耗电器。启动电路通过在实施例中被实施为DC/DC转换器的耦合单元17与低压车载电网相连接。耦合单元17被构造为从低压车载电网获取电能且将其引入至启动电路，从而再为第一蓄电池10充电。可选地能够设置二极管18，如果启动电路中的电压降至低压车载电网中的电压之下，则二极管将低压车载电网与启动电路相连接。
低压车载电网拥有自己的蓄电池：第二蓄电池15，其优选地被实施为锂离子蓄电池且被构造为产生优选为10V至15V的电压。此外，在低压车载电网中设置至少一个耗电器14-2，其被设计为在10V至15V的电压上运行。这样的耗电器的示例能够是导航装置和类似装置。低压车载电网通过另一个、在实施例中同样被实施为DC/DC转换器的耦合单元16与具有提高了的电压的车载电网相连接。具有提高了的电压的车载电网包括第三蓄电池20，其产生优选为24V至45V的电压。具有提高了的电压的车载电网包括发电机13-2作为附加电源，其由(已启动的)内燃机驱动且被构造为产生优选为30V至45V的电压，即优选地高于第三蓄电池的电压的电压。另一个耦合单元16被构造为从具有提高了的电压的车载电网获取电能并将其引入至低压车载电网，从而为第二蓄电池15充电且提供对于至少一个耗电器14-2的运行所需的功率。与之相反，具有提高了的电压的车载电网包括这样的耗电器，其吸收相对高的功率，且因此为了降低所需电流，简单地依据本发明由第三蓄电池或发电机13-2产生的较高的电压驱动该耗电器。在图2中示例性地示出了这样的高功率耗电器19。例如，其能够是电气空调压缩机或取暖系统。
显而易见的，尤其是第一耦合单元16以及第二耦合单元17也能够被构造为用于双向电荷输送。本发明的此类实施例允许在各蓄电池或车载电网之间按需求传输电荷。
综上所述，本发明提出了一种用于具有内燃机的机动车，优选地为微型混合动力机动车的车载电网或蓄电池系统，其相较于现有技术中的解决方案，更适合于向高功率耗电器供能且具有更高的可靠性。

Claims (10)

1.一种用于具有内燃机的机动车的蓄电池系统，所述蓄电池系统至少具有：
启动电路，其具有第一蓄电池(10)和与所述第一蓄电池(10)相连接或可连接的启动机(11)，所述启动机被构造为根据启动信号启动所述内燃机；
低压车载电网，其具有第二蓄电池(15)和至少一个耗电器(14-2)，所述第二蓄电池(15)被构造为产生第一电压且将其输出给所述低压车载电网；以及
具有提高了的电压的车载电网，其具有第三蓄电池(20)和发电机(13-2)，所述第三蓄电池(20)被构造为产生高于所述第一电压的第二电压并将其输出给所述具有提高了的电压的车载电网，所述发电机可由所述内燃机驱动且被构造为产生高于所述第二电压的第三电压且将其输出给所述具有提高了的电压的车载电网，其中所述具有提高了的电压的车载电网通过第一耦合单元(16)与所述低压车载电网相连接，所述第一耦合单元被构造为从所述具有提高了的电压的车载电网获取电能并将其引入至所述低压车载电网，并且其中所述低压车载电网通过第二耦合单元(17)与所述启动电路相连接，所述第二耦合单元被构造为从所述低压车载电网获取电能且将其引入至所述启动电路。
2.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中所述第一蓄电池(10)、所述第二蓄电池(15)或所述第三蓄电池(20)中的至少一个被实施为锂离子蓄电池。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池系统，其中所述具有提高了的电压的车载电网具有至少一个诸如电气空调压缩机、电气取暖系统或电动机的高功率耗电器(19)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中所述低压车载电网的所述至少一个耗电器(14-2)例如是：音响设备、导航装置或电摇窗器。
5.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其具有二极管(18)，其阳极与所述低压车载电网相连接，其阴极与所述启动电路相连接。
6.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中所述第一蓄电池(10)被构造为产生所述第一电压且将其输出给所述启动电路。
7.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中所述第一耦合单元(16)和/或所述第二耦合单元(17)为DC/DC转换器。
8.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中所述第一电压在10V和15V之间。
9.根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统，其中所述第二电压在24V和25V之间。
10.一种机动车，尤其是微型混合动力机动车，其具有内燃机和根据以上权利要求中任一项所述的蓄电池系统。
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