CN103733472A - 电压稳定装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于机动车辆电气系统的电压稳定装置(1)，该电压稳定装置用于稳定至少一个电压敏感消耗装置(9)。该电压稳定装置的特征在于DC/DC转换器电路(3)、能量存储设备(5)和转换开关(7)，该DC/DC转换器电路(3)、能量存储设备(5)和转换开关(7)被设计和布置使得能量存储设备(5)由DC/DC转换器电路(3)可充电，并且转换开关(7)以能量存储设备(5)在需要时在消耗装置(9)处供应稳定电压(USTAB)这样的方式实现在电压敏感消耗装置(9)与能量存储设备(5)之间的电气连接。

Description

电压稳定装置
有关申请的交叉引用
本申请要求于2011年2月22日提交的标题为“Spannungsstabilisierungseinrichtung”的EP11155402.8的优先权，因此此处通过完全引用将其结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆电气系统的电压稳定装置，该电压稳定装置用于稳定电压敏感消耗装置。
背景技术
这里讨论的类型的电压稳定装置具体运用于启动-停止系统中的电压稳定。在有关领域中经常描述启动-停止系统的操作原理，因此这里不会更具体地验证。正常启动过程的现象是启动器需要的高功率。这可能引起车辆电气系统中的电压在启动引擎时从通常12V降低至6V。当引擎在停止之后重启时，由于突然电压降落，通常出现例如音频和导航系统的重启。这样的电压降落尤其在启动-停止系统特别旨在于保证不被为机动车辆的乘坐人员所察觉的引擎的无声停止和启动的情况下不可接受。
发明内容
为了在启动过程期间避免这样的问题，在已知的机动车辆启动-停止系统中，提供通过开关布置可桥接的，也称为升压转换器的DC/DC步进升压转换器，该转换器在启动过程期间接管电流的控制并且供应比在电压敏感消耗装置处的输入电压更大的输出电压。在启动过程的情况下，因此电流流动发生从车辆电池仅通过DC-DC步进升压转换器，这由此至少对于车辆电气系统的一部分稳定电压。在启动过程结束时，闭合开关，从而经由开关布置输送电流并且释放DC-DC步进升压转换器。已知的电压稳定装置的缺点是通过使用DC-DC步进升压转换器单元而引起高成本。
因此本发明的目的是创造一种能够更经济地生产而又具有相同效用的电压稳定装置。
为了解决以上指定的目的，提出一种具有权利要求1的特征的电压稳定装置。用于机动车辆电气系统的电压稳定装置用作稳定至少一个电压敏感消耗装置，并且特征在于如下事实：提供DC/DC转换器电路、能量存储设备和转换开关，设计和布置该DC/DC转换器电路、能量存储设备和转换开关，从而能量存储设备由DC/DC转换器电路可充电，并且转换开关以能量存储设备在需要时在消耗装置处供应稳定电压这样的方式实现在至少一个电压敏感消耗装置与能量存储设备之间的电气连接。
在本发明的一个实施例中，取代在具体由启动过程引起的电压降落的情况下对通过步进升压转换器的电池电流重定路径，稳定电压由附加能量源供应，该附加能量源可以在机动车辆电气系统(下文称为“车辆电气系统”)的“正常操作”期间简单地由DC/DC转换器电路重新充电。这里理解“正常操作”意味着车辆电气系统没有电压降落的操作，因此通常为车辆电气系统在机动车辆的启动过程之前和之后的状态。本发明的一个实施例可以产生与已知的电压稳定装置相比较的明显优点。例如，对于根据本发明的电压稳定装置的一个实施例，仅需DC/DC转换器电路的低得多的功率、即用以对能量存储设备充电。因此，DC/DC转换器电路，并且因此整个电压稳定装置作为整体，能够具有更小尺寸，并且此外还可以更经济地生产。附加优点在于改进的EMC特性(EMC=电磁兼容性)。
能量存储设备优选地是电容器，具体为双层电容器，这也称为超电容器或者超级电容。可以具体设计双层电容器为赝电容器。然而完全可设想运用电池取代电容器作为能量存储设备。DC/DC转换器电路和能量存储设备优选地并联连接，从而在车辆电气系统的正常操作中，能量存储设备可以由DC/DC转换器电路充电，而操作电压在至少一个电压敏感消耗装置处仅由能量源并且具体由车辆电池供应。转换开关可以是继电器。然而在原理上，也可以运用其它类型的开关。优选地布置转换开关，从而转换开关以如下的方式可切换，该方式为在车辆电气系统的正常操作期间在消耗装置处仅存在由能量源产生的操作电压，以及此外在车辆电气系统中的电压降落的情况下在消耗装置处供应能量存储设备的稳定电压。最后，优选地还提供控制设备以控制能量存储设备的充电并且控制转换开关的切换时间。控制设备优选地包括微控制器并且提供在恰当时刻切换转换开关，并且也提供通过DC/DC转换器用所期望的或者适当的电压对能量源充电。此外，控制设备还可以实现诊断功能，从而可以检测例如电压稳定装置的故障并且引入适当对策。
附图说明
以下将基于附图进一步具体说明本发明。附图示出以下各图：
图1是根据本发明的一些实施例的电压稳定装置的电路图。
图2是根据本发明的一些实施例的在第一操作状态中的电压稳定装置的电路图。
图3是根据本发明的一些实施例的在第二操作状态中的电压稳定装置的电路图。
具体实施方式
呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利申请及其要求的上下文中提供以下描述。对描述的实施例的各种修改对于本领域技术人员将容易明白，并且这里的通用原理可以应用于其它实施例。因此，本发明不旨在于限于所示实施例，而是将被赋予与这里描述的原理和特征一致的最广范围。
图1示出根据本发明的一些实施例的电压稳定装置1的电路图。电压稳定装置1包括DC/DC转换器电路3、能量存储设备5和转换开关7，DC/DC转换器电路3和能量存储设备5并联连接。电压稳定装置1作用为在至少一个电压敏感消耗装置9处的电压降落的情况下供应稳定电压USTAB。电压敏感消耗装置在这里被理解为意味着能够在电压降落的情况下突然退出的消耗装置、如例如娱乐或者娱乐信息设备(例如汽车无线电和其它舒适控制设备)。这样的设备的失效不可接受，并且根据本发明通过供应稳定电压来防止该失效。
能量源11在电压敏感消耗装置9处供应操作电压UB，能量源11通常是电池、具体为汽车电池。
转换开关7优选地被设计为继电器并且使能量存储设备5能够连接到消耗装置9或者从消耗装置9断开连接。完全作为示例，在图1中参考单个消耗装置，虽然多个消耗装置能够由电压稳定装置1稳定。转换开关7能够采用两个切换状态，其中在第一切换状态13中，它产生在消耗装置9与能量存储设备5之间的串联连接，从而闭合的电气电路产生于消耗装置9、能量存储设备5和能量源11之间。在这一切换状态中，操作电压UB和稳定电压USTAB二者存在于消耗装置处。转换开关7的第二切换状态15绕过能量存储设备5，因而产生与能量源11的直接串联连接。因而在这一切换状态中，仅操作电压UB存在于消耗装置处。在图1中借助连接线示意地描绘两个切换状态13和15，旨在于阐明备选切换状态。
在两个切换状态13与15之间的转换优选地由图中未示出的控制设备控制，该控制设备根据车辆电气系统的状态在特定时间控制切换时刻。
以下将基于图2和图3说明电压稳定装置1的操作原理。图2示出在第一操作状态中的电压稳定装置1的电路图。
第一操作状态在具体由于机动车辆的启动过程所致的电压波动或者电压降落期间由以上提到的控制设备引入。在这一情况下，转换开关7通过产生在消耗装置9与位于DC/DC转换器电路3与能量存储设备5的正极之间的连接点17之间的串联连接来将能量存储设备5切换到电流电路中，而能量源的另一连接点19空闲。这保证在消耗装置处的电压UV未下降，而是实际上由能量存储设备5稳定。稳定电压USTAB因此照常平衡掉在消耗装置9处的电压降落。
图2清楚地显示，在电压稳定装置1的第一操作状态中，电流从能量源11通过能量存储设备5流入稳定负载中，即流入消耗装置9中。以这一方式，降低的操作电压UB被能量存储设备5的稳定电压USTAB升高，稳定电压USTAB的幅度在充电过程期间由控制设备“可调整”。
图3示出在第二操作状态中的电压稳定装置1的电路图。
第二操作状态在电压降落尚未出现或者已经结束时，即具体在机动车辆在“正常操作”期间的启动过程之前或者之后由控制设备引入。在这种情况下，转换开关7产生在能量源11的连接点19与消耗装置9之间的连接，从而消耗装置9因此直接连接到能量源11并且可以说关断能量存储设备5。电流然后从能量源11直接流向消耗装置9，而不是通过能量存储设备5。因此，仅操作电压UB存在于消耗装置处(也就是说，基本上UV=UB)。
在根据图3的第二操作状态中，能量存储设备5从能量源11由DC-DC转换器电路3充电，充电过程优选地由通常具有微控制器的控制设备控制。控制设备优选地监视能量存储设备5的充电状态并且可以规定最大充电电压。
因此可见，通过能量存储设备5的使用，在需要的情况下能量存储设备5能够可靠地向至少一个电压敏感消耗装置9供应稳定电压，并且此外通过DC/DC转换器电路3由能量源11可重新充电，可能使用更小的DC/DC转换器电路，从而减少根据本发明的电压稳定装置1的实施例的对于构造空间的需要和成本。
附图标记：
1     电压稳定装置
3     DC/DC转换器电路
5      能量存储设备
7      转换开关
9      电压敏感消耗装置
11     能量源
13     第一切换状态
15     第二切换状态
17     连接点
19     连接点
USTAB  稳定电压
UB     操作电压
UV     消耗装置电压
已经在结合细节的具体实施例方面描述本发明以有助于理解本发明的构造和操作原理。此处这样对具体实施例及其细节的引用未旨在于限制所附权利要求的范围。本领域技术人员将容易明白，可以在用于说明而选择的实施例中进行其它各种修改而未脱离如权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆电气系统的电压稳定装置(1)，用于稳定至少一个电压敏感消耗装置(9)，其中：
提供DC/DC转换器电路(3)、能量存储设备(5)和转换开关(7)，所述DC/DC转换器电路(3)、能量存储设备(5)和转换开关(7)被设计和布置使得所述能量存储设备(5)通过所述DC/DC转换器电路(3)可充电，并且所述转换开关(7)以所述能量存储设备(5)在需要时向所述消耗装置(9)供应稳定电压(USTAB)的方式实现在至少一个电压敏感消耗装置(9)与所述能量存储设备(5)之间的电气连接。
2.根据权利要求1所述的电压稳定装置，其中
所述能量存储设备(5)是电容器。
3.根据权利要求2所述的电压稳定装置，其中：
所述电容器是双层电容器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
所述DC/DC转换器电路(3)和所述能量存储设备(5)并联连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
在所述机动车辆电气系统的正常操作中，操作电压(UB)在所述至少一个电压敏感消耗装置(9)处仅由能量源(11)供应。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
所述转换开关(7)被设计为继电器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
所述转换开关(7)被布置使得它以如下方式可切换，所述方式为：在所述机动车辆电气系统的正常操作期间，仅所述能量源(11)产生的所述操作电压(UB)存在于在所述消耗装置(9)处，并且在所述机动车辆电气系统中的电压降落的情况下，在所述消耗装置(9)处还供应所述能量存储设备(5)的所述稳定电压(USTAB)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
所述能量存储设备(5)仅在所述机动车辆电气系统的正常操作期间通过所述DC/DC转换器电路(3)可充电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电压稳定装置，其中：
提供控制设备以控制所述能量存储设备(5)的充电并且控制所述转换开关(7)的切换时刻。
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