CN103201928A - 用于在汽车中稳定电源电压的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在汽车中稳定电源电压（U_电源）的装置（1），该装置具有一个特别是以起动机（4）的形式存在的、汽车的功能组件以及一个电源（10），该电源与该功能组件（4）相连接并以电源电压（U_电源）为功能组件（4）供电，该装置的特征在于，为了稳定电源电压（U_电源），电源（10）通过电阻级联（30）与功能组件（4）相连接。

Description

用于在汽车中稳定电源电压的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在汽车中稳定电源电压的装置，该装置根据权利要求1的前述部分。

背景技术

对此，这种装置或这种系统具有汽车的一个功能组件以及一个电源，该功能组件特别是以起动机形式存在的，该电源与该功能组件相连接并以电源电压为功能组件供电。

所述的起动机，或者也称为发动机，用于在汽车中以内燃机起动或发动汽车，因为在静止状态下这种驱动装置不提供转矩，因此自己本身不会起动。所以，该起动机确保触发内燃机的吸入冲程和压缩冲程。该起动机特别地涉及到电动机。

因为现代汽车力求只有在汽车真正需要移动的时候，才发动内燃机（称为用于减少CO₂排放量的起动-停止功能），重要的是在汽车电路中使短时高负载设备（例如：起动机）的电源电压稳定，因为除了起动机以外，还需要使其他的持续运行的供电系统（如导航系统、安全系统和信息娱乐系统）不受干扰地运行。另一个短时高负载设备的例子是ESP（电子稳定程序）。

为了使驾驶员在汽车停止/起动运行时不会受到任何的限制，汽车电路支持装置对于热起动就特别有意义。

该汽车电路支持装置避免了由于起动电流而使驾驶员能够感受到电压的下降。

在这方面，一种开头所述类型的、用于稳定汽车电路的装置已由文献DE102006061064A1已知，该装置具有一个电子继电器和一个DC/DC转换器电路，其中，当汽车电路中电压降至低于额定电压时，开关电路作为升压转换器激活，该升压转换器通过接通继电器，借助转换器电路使汽车电路的负载线路的电压稳定在额定电压，并且在输入电压大于或等于额定电压时，该开关电路不进行转换。

此外，已知有多个系统（参照图1）由一个第二蓄电池供电，该蓄电池与汽车电路相连接。在热机起动的情况下，通过起动机蓄电池为起动机电路供电。通过合适的开关元件将汽车电路的其余部分从起动机电路中分离，在此之后通过第二蓄电池为汽车电路的其余部分供电。

用于在汽车电路中为用电设备供电的系统已由文献WO2008/014944A1已知，在该系统中，汽车电路由至少两个汽车电路部分构成，其中第一汽车电路部分具有：一个电动发动机；一个汽车蓄电池；及一个或多个第一用电设备，第二汽车电路部分具有一个双层电容器或一个所谓的超级电容以及一个或多个第二用电设备，在两个汽车电路部分之间设置了一个闭锁装置，特别是像半导体二极管或断路器这类装置，如果在第二汽车电路部分中的电压低于第一阈值，该装置使电流能够从第一汽车电路部分流入第二汽车电路部分，并且进一步阻止从第二汽车电路部分流入第一汽车电路部分的反向电流，由此，提高了电动发电机的输出电压，并为超级电容充电。

此外有多个方法为起动机配备可变的串联电阻，以使在热起动的情况下限制起动电流。为此同样需要一个相应的用于大电流的开关逻辑。

发明内容

从这一点出发，本发明以该问题为基础，提供了一种开头所述类型的装置，尽可能简单地构造该装置，并且实现低廉的制造成本。

通过一种具有权利要求1的特征的装置解决了该问题。

于是规定，在功能组件（起动机）和电源之间连接了一个电阻级联，其中该电源特别涉及到汽车蓄电池，该蓄电池提供直流电压。

优选地、能够控制地形成了用于稳定电源电压的电阻级联，即为了改变电阻级联的总电阻，能够逐步地为此接通（或断开）电阻级联的单个电阻。

该电阻级联优选地具有至少两个彼此并联的级联支路，其中，每个级联支路具有一个串联电路，该串联电路为一个开关与一个电阻串联。对此，优选地设置了一个级联支路，为了桥接其他级联支路的电阻，该级联支路仅具有一个开关，以使在冷起动的情况下，当接通所有开关时，达到最小的级联总电阻。

为了控制电阻级联，设置了一个控制单元，该控制单元为此形成，将各个开关接通或断开，以使分别有电流能够流过或不流过电阻级联的、相应的电阻。

在本发明的一个方案中，该装置具有一个充电泵。这样的充电泵能够用直流电压供电，该供电泵为此形成，即产生比具有相同极性的输入电压更高的直流电压。不同于DC/DC转换器，充电泵不需要电感元件，因此运行该泵时损耗要小的多。充电泵的成本也低得多。虽然充电泵在载流能力上受到限制，但是能够通过使电压稳定的电阻级联来平衡该载流能力，该电阻级联能够用作额外的电流限制装置。

优选地通过电源（汽车蓄电池）电压为该充电泵供电，并且同时产生用于控制单元的驱动电压，该驱动电压特别要高于由所述电源提供的电源电压。

所述开关能够特别地成型为HL（半导体）开关，例如以晶体管的形式。然后通过控制单元控制晶体管栅极。如果在晶体管上施加相应的栅极-源极电压，那么就在各个电阻之前，接通相应的漏极-源极（具有低阻抗）。然后电流就能够流过相应的电阻。

因为通过接通或断开相应的晶体管（开关）能够改变电阻级联的并联电阻R₁、R₂、R₃、…的总电阻1/R_总=1/R₁+1/R₂+1/R₃+…，因此，为了在负载达到峰值时使电源电压稳定，通过相应地接通/断开单个的开关也能够暂时的影响电源电压，尤其能够提高电源电压。

为此优选地形成控制单元，即依据时间分别接通和/或断开多个级联支路。这样，为了影响或稳定电源电压，例如能够在起动机起动之后，在特定的时间接通/断开各个级联支路。

当然也能够依据待稳定的电源电压通断各个级联支路。为此设置了一个电压传感器，该电压传感器捕获电源电压并传输给控制单元，该控制单元依据当前的电源电压控制（接通和/或断开）开关（晶体管）。

通过前述方式，在汽车电路中对电源电压起到了一种简单的、而经济有效的稳定效果，对此，预计在时间控制方面可进一步节省成本，因为根据本发明的装置实现的待稳定的电源电压，时间控制的复杂程度显然比开关（晶体管）的调节更小。

附图说明

根据以下图示说明本发明的进一步的特征和优势。

其中：

图1示出了一个由现有技术已知的装置，该装置具有两个汽车蓄电池（电源），这两个蓄电池分别与汽车电路的一个部分相对应，并且能够通过开关装置彼此相连接；

图2示出了一个根据本发明的装置的示意图，该装置用于为汽车功能组件（起动机）稳定电源电压，在该装置中，在电源和起动机之间连接了一个电阻级联；

图3示出了根据本发明的装置的电路图，该装置根据图2的类型用于为汽车功能组件（起动机）稳定电源电压；以及

图4示出了在限制电源电压下降以及没有限制电源电压下降的情况下，随时间变化的电源电压。

具体实施方式

图1示出了一个出自现有技术的系统的平面图，该系统具有一个额外的汽车蓄电池11用于支持汽车电路2。在热起动的情况下，通过起动机蓄电池10为带有起动机4的起动机电路3供电。通过一个合适的开关装置20，将带有用电设备6的汽车电路的其余部分5从起动机电路3中分离开，在此之后通过第二汽车蓄电池11为该汽车电路的其余部分供电。

图2示出了一个根据本发明的装置1的示意图，该装置用于为汽车的功能组件稳定电源10（汽车蓄电池）的电源电压U_电源，该汽车功能组件以起动机4的形式存在，在该装置中，为了稳定电源电压U_{电 源}，或者为了在起动机4起动时限制电源电压U_电源的下降，在电源10和起动机4之间连接了电阻级联30。

图3示出了根据本发明的、符合图2的类型的装置1的电路图。对此，该装置1具有以汽车蓄电池形式存在的电源10，该汽车蓄电池提供电源电压U_电源，为了确保在汽车电路中有足够的电源电压U_电源，在与电源10相连的起动机4起动时，需要根据图4阻止或抵抗电源电压的下降。对此，在电源10和起动机4之间连接了一个电阻级联30，该电阻级联具有彼此并联的电阻R₁、R₂、R₃、…，该多个电阻可以彼此相关地具有规定的电阻值。该电阻级联30的一条支路300（为了清楚起见，仅举例说明一条支路）不具有电阻，以使在接通所有开关50（为了清楚起见，仅举例说明一个开关）时，能够为起动机4的冷起动提供较小电阻，在其他的支路300上，将该多个开关分别设置在电阻R₁、R₂、R₃之前。

有一个控制单元70用作控制该开关50，优选地通过一个充电泵60用驱动电压U_Lad为该控制单元供电。

该控制单元能够依据时间或者依据电源电压U_电源本身，通断单个电阻R₁、R₂、R₃，该时间为起动机4起动后经过的时间。在这种情况下设置了一个电压传感器40，该传感器将当前的电源电压U_电源传递到控制单元70上。

开关50特别是指晶体管。对此，漏极-源极间EC构成了真正的开关。如果在各个晶体管50的栅极-源极上施加足够的电压，则漏极-源极间具有低阻抗（导电的）。该电压可以由控制单元70通过在各个栅极上相应的导线连接30提供。

那么可以通过提高在起动机电路中的电阻引起起动时电源电压U_电源中的电压下降，即通过相应地接通电阻级联30。对此，电阻级联30的总电阻R_总为1/R_总=1/R₁+1/R₂+1/R₃，并且可以通过相应地通断电阻R₁、R₂、R₃，借助开关50来改变总电阻（以图3中所给定的数值为例，总电阻在4R/7至R的范围中变化）。

如图4中所示，基于欧姆定律，能够抑制电源电压U_电源。电压-时间示意图中的虚线表示汽车起动时不受限的电压下降。与之相反，实线表示起动时由于通过控制开关50而提高了在起动机电路中的电阻所引起的受到限制的电压下降的电源电压U_电源的随时间的变化。在放大图中，用箭头对各个开关过程进行了标识。

可以考虑的是，一旦电压传感器40检测到电源电压U_电源低于阈值电压U_阈值，就使用电源电压下降限制装置。

Claims (10)

1.一种用于在汽车中稳定电源电压的装置，所述装置具有：

一个以起动机形式存在的、汽车的功能组件（4）；

一个电源（10），所述电源与所述功能组件（4）相连接并以电源电压（U_电源）为功能组件（4）供电，

其特征在于，

为了稳定电源电压（U_电源），电源（10）通过电阻级联（30）与功能组件（4）相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻级联（30）能够变化，以使电源电压（U_电源）稳定。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电阻级联（30）具有至少两个彼此并联的级联支路（300），其中，每个级联支路具有一个串联电路，所述串联电路为一个开关（50）与一个电阻（R₁、R₂、R₃）串联。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，设置了一个级联支路（300），为了桥接电阻（R₁、R₂、R₃），所述级联支路仅具有一个开关。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，为此形成了一个控制单元（70），即用于控制开关（50）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置（1）具有一个充电泵（60）。

7.根据权利要求5和6所述的装置，其特征在于，所述充电泵（60）为所述控制单元（70）提供驱动电压（U_Lad）。

8.根据权利要求3或权利要求4至7中任一项引用了权利要求3的权利要求所述的装置，其特征在于，分别由一个晶体管构成了所述开关（50）。

9.根据权利要求3和权利要求5或权利要求6至8中任一项引用了权利要求5的权利要求所述的装置，其特征在于，为此形成了所述控制单元（70），即根据时间分别通断多个级联支路（300）。

10.根据权利要求3和权利要求5或权利要求6至9中任一项引用了权利要求5的权利要求所述的装置，其特征在于，为此形成了所述控制单元（70），即依据待稳定的电源电压（U_电源）分别通断多个级联支路（300）。

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