CN103946051A - 一种用于机动车的控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的控制单元。所述控制单元具有电压转换器，其中，所述电压转换器具有用于直流电网的输入端。所述电压转换器被构造为在输出侧产生比在用于所述直流电网的所述输入端处的输入电压更小的直流电压并且在输出侧输出所述直流电压。依据本发明，所述电压转换器具有逆变器和与所述逆变器连接的变压器。所述电压转换器还具有用于放电信号的输入端并且被构造为根据所述放电信号通过所述逆变器为与用于所述直流电网的所述输入端相连接的中间电路电容器放电并且为此尤其是相较于无放电信号减小所述逆变器的工作频率。

Description

一种用于机动车的控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的控制单元。所述控制单元具有电压转换器，其中，所述电压转换器具有用于直流电网的输入端。所述电压转换器被构造为产生比在用于直流电网的在输入端处的输入电压更小的直流电压并且在输出侧输出该直流电压。
背景技术
在由现有技术已知的用于电动车辆的车载电网中，中间电路的电容器被用于以超过200V的电压来为机动车的电的驱动装置供电。该电压在与人员有身体接触时是危险的。在发生事故的情况下，该中间电路将通过欧姆式的电阻来放电，从而例如在扑灭机动车的失火时救援者能够不受到电击。
发明内容
依据本发明，在开始时提及的类型的所述电压转换器具有逆变器和与所述逆变器连接的变压器。所述电压转换器也具有用于放电信号的输入端并且被构造为根据所述放电信号来通过所述逆变器为与用于所述直流电网的所述输入端相连接的中间电路电容器放电并且为此减小所述逆变器的工作频率，尤其是相较于无放电信号时。
由此有利地减小了与所述逆变器连接的变压器的交流电阻。与所述电压转换器相连接的中间电路电容器能够有利地如此快地至少部分地或者完全地—优选地至少直至达到预先确定的电压值—放电。为了放电所述中间电路电容器有利地不需要任何附加的构件，例如欧姆式电阻或者开关元件，该开关元件被构造为连接与所述中间电路电容器并联的欧姆式电阻。
与所述中间电路相连接的蓄电池，尤其是高压蓄电池被构造为存储具有至少200伏优选地在200和500伏之间的电压的电能，能够至少有利地根据所述放电信号借助于断路开关从所述中间电路并且因此从所述中间电路电容器分离。因此，在所述中间电路电容器中并且在另外的与所述中间电路相连接的容性的构件中所存储的电能保留在所述中间电路之中。在所述中间电路中在将所述高压蓄电池从所述中间电路分离之后保留的该电能能够然后有利地—优选地在无附加的欧姆式电阻的情况下—将所述中间电路电势与接地连接端相连接。因此，所述中间电路能够经由在电动车辆的车载电网中总归存在的电压转换器至少放电至达到对于在由人接触时无危险的电压，例如小于60伏。所述电压转换器例如在输出侧与低压电网相连接，尤其是12伏或者24伏的低压电网。
高压理解为在由人接触时危险的电压，尤其是高于60伏的电压。
低压理解为在由人接触时不危险的电压，尤其是低于60伏的电压。
在一个优选的实施形式之中，所述控制单元尤其是所述电压转换器被构造为根据所述放电信号至少减半所述逆变器的工作频率。所述中间电路电容器能够比无所述放电信号时如此有利地至少双倍快地来放电，所述放电信号引起相较于无放电信号的情况下的所述电压转换器的工作频率的减小。
在一个优选的实施形式之中，所述电压转换器被构造为根据磁通优选地根据在所述变压器中的所述磁通的饱和优选地借助于经限制的所述工作频率的减小或者借助于经脉宽调制的所述逆变器的控制来限制由所述逆变器连接至所述变压器的电流。以这样的方式能够有利地不会使得所述变压器和/或所述逆变器过热。
在一个有利的实施形式之中，所述控制单元具有至少一个温度传感器，其被设置和构造为获取所述变压器和/或所述逆变器的温度并且产生一个相应的温度信号。所述控制单元在该实施形式之中被构造为附加地根据所述温度信号来限制所述电流。
有利地，借助于如此地构造的控制单元并非根据所述放电信号将在将所述蓄电池从所述中间电路分离之后在所述中间电路中所保留的电能馈入在输出侧与所述电压转换器相连接的低压电网。是否将在所述中间电路中所存储的电能借助于所述电压转换器馈入至所述低压电网于是取决于与所述电压转换器在输出侧相连接的、嵌入至所述低压电网中的负载的状态。当例如与所述低压电网相连接的蓄电池并未完全充电，那么能够附加于之前所描述的借助于对磁通的限制持续地降低所述中间电路的所述电能之外将所述中间电路的所述电能中的至少一部分经由所述电压转换器馈入至所述低压电网并且在那馈入至尚未完全充电的低压蓄电池。
优选地，所述电压转换器具有电流传感器，其中，所述电流传感器被构造为获取电流并且产生表示所述电流的电流信号。所述电压转换器优选地还被构造为根据所述电流信号来调节所述工作频率。所述电流信号能够例如通过电压来形成，所述电压落在被构造为分流电阻的电流传感器之上。在另一个实施形式之中，所述电流传感器通过隔离变压器来形成，其中，所述隔离变压器的初级线圈与所述变压器的初级线圈相连接。
在一个优选的实施形式之中，所述控制单元具有可控地构造的断路开关。所述断路开关具有用于电的蓄电池的连接端和用于中间电路电容器的连接端。所述控制单元优选地被构造为根据所述放电信号产生断路信号并且将其发送至所述断路开关。以将所述蓄电池从所述至少一个中间电路电容器分离。所述断路开关优选地被构造为根据所述断路信号将用于所述蓄电池的所述连接端从用于所述中间电路电容器的所述连接端分离。所述断路开关例如被构造为继电器或者半导体开关。
本发明还涉及一种用于车辆的电路装置，所述车辆具有电驱动装置。所述车辆例如为电动车辆或者混合动力车辆。混合动力车辆优选地附加于电的驱动装置具有带有内燃机的驱动装置。
优选地，所述电路装置具有依据前述种类的控制单元。优选地，所述电路装置具有所述至少一个中间电路电容器，其中，所述中间电路电容器与用于所述直流电网的所述输入端相连接。用于所述直流电网的所述输入端优选地经由所述断路开关与用于所述蓄电池的所述连接端相连接。
优选地，所述蓄电池为所述电路装置的组成部分并且与用于所述蓄电池的连接端相连接。所以，所述蓄电池能够有利地根据所述断路信号从用于所述直流电网的输入端—并且由此也从所述中间电路电容器—分离。在所述中间电路中所保留的电能由此被限制在存储在所述中间电路电容器和所述中间电路的另外的容性的元件之中的能量上。在所述中间电路中所保留的能量有利地能够根据所述放电信号经由所述控制单元尤其是所述电压转换器来至少部分地放电，直至在所述中间电路电容器中保留一个对于人员无危险的电压。
优选地，所述电路装置具有引擎盖开关。所述引擎盖开关优选地与用于所述放电信号的所述输入端相连接。所述引擎盖开关优选地被构造为根据所述车辆的引擎盖的开启产生所述放电信号。所以，在所述引擎盖由用户开启时或者为了实施所述车辆的维护或者维修，能够有利地将存储在所述中间电路之中的电能有利地快速经由所述逆变器来降低。所述车辆的所述用户—或者服务人员—不会被所述中间电路电压电击。
借助于所述引擎盖开关的所述放电信号的产生例如在发动机舱发生车辆的火灾时进一步是有利的。即当为了扑灭在所述车辆的发动机舱的火灾由救援人员或者消防人员开启所述引擎盖时，所述消防人员通过消防水可能会被电击，该消防水处于与所述中间电路或者所述中间电路的电子部件接触之中。
独立或者附加于所述引擎盖开关，所述电路装置能够具有火灾传感器。所述火灾传感器被构造为获取烟气并且根据所获取的烟气产生所述放电信号并且在输出侧将其输出。烟气传感器在输出侧与用于所述放电信号的输入端相连接。
在一个优选的实施形式之中，所述电路装置具有用于尤其是电动车辆的车辆的、与用于所述放电信号的所述输入端有效连接的、优选地借助于钥匙可用地构造的主开关。所述主开关与用于所述放电信号的所述输入端如此地有效连接，使得在所述主开关关断时产生所述放电信号。由此有利地在所述电动车辆停放时引起所述中间电路的放电，进而能够有利地以—优选地至少放电至无危险的电压—已放电的中间电路来停放或者停靠所述电动车辆。
在所述电路装置的一个优选的实施形式之中，所述电路装置具有与用于所述放电信号的所述输入端相连接的事故传感器，所述事故传感器被构造为根据在所述事故传感器上作用的加速度来获取所述放电信号并且根据所述加速度来产生所述放电信号。所述事故传感器能够例如通过安全气囊的加速度传感器来形成。
本发明还涉及一种机动车，其具有电驱动装置，所述电驱动装置具有前述种类的控制单元或者前述种类的电路装置。
本发明还涉及一种用于放电用于电动或者混合动力车辆的电路装置的中间电路电容器的方法，所述电路装置包括与所述中间电路电容器相连接的电压转换器，在所述电压转换器中将产生放电信号并且根据所述放电信号来相较于无放电信号时减小所述电压转换器的逆变器的工作频率，从而经由所述逆变器来比无放电信号时更快速地放电所述中间电路电容器。
优选地，在所述方法中，根据在与所述逆变器的输出端相连接的变压器中的磁通来限制通过所述逆变器的电流。
优选地，在所述方法中，根据电动车辆的引擎罩的开启、根据表示所述电动车辆的事故的加速度信号或者根据表示所述电动车辆的失火的报警信号，或者根据由优选地借助于钥匙可用地构造的电动车辆的主开关来表示所述电动车辆的关断的关断信号来产生放电信号。
附图说明
接下来将借助于附图和另外的实施例来描述本发明。由在从属权利要求和附图中描述的特征能够得到另外的有利的实施变型。
图1示意性地示出了用于电动车辆的车载电网的一部分的电路装置的一个实施例；
图2部分示意性地示出了用于电动车辆的电压转换器的电路装置；
图3示出了具有多个信号的随时间的信号曲线的图示，在图2中所示出的电压转换器的运行时获取该多个信号。
具体实施方式
图1示出了用于电路装置1的一个实施例。该电路装置1示出了一个控制单元，其包括电压转换器5和断路开关4，该断路开关在该实施例中与高压电网和用于机动车的低压电网协同作用。该电压转换器5具有用于直流电网的输入端，尤其是用于直流电网的中间电路电压。该直流电网在接下来将称作高压电网。
高压电网将由高压蓄电池12来馈电。该高压蓄电池12例如被构造为蓄能器，尤其是锂离子蓄能器、钠-硫-蓄能器或者铅蓄能器。高压蓄电池的电压在完全充电的状态下例如为在200和500伏之间。高压蓄电池12通过正极经由连接导线31与用于蓄电池的断路开关4的连接端6相连接。
该断路开关4被可控地构造并且在输入侧与电压转换器5的控制输出端35相连接。该断路开关4的另一个连接端与连接节点38相连接，该连接节点38经由连接导线30与电机20的功率末级16相连接。
电机20例如是用于电动车辆的驱动装置的组成部分，其包括电机、功率末级16和处理单元18。功率末级16包括例如针对电机20的定子的每个定子线圈一个晶体管半桥。功率末级16也与高压电网的接地连接端22相连接。该功率末级16尤其是该功率末级16的多个半桥的多个控制连接端在输入侧经由连接32与处理单元18相连接。
该处理单元18例如通过微控制器或者FPGA（Field-Programmable-Gate-Array：现场可编程门阵列）来形成。该处理单元18被构造为控制用于为电机20的定子供电并且由此用于产生用于电机20的转子的旋转运动的旋转磁场的功率末级16。连接导线30经由连接节点36与中间电路电容器10相连接。
该中间电路电容器借助于另一个连接端与接地连接端22相连接。该中间电路电容器10被构造为以高压电网的电压来存储电能。该电压转换器5在输出侧经由输出端39并且另外经由连接导线33与低压电网14相连接。该电压转换器在输出侧还经由接地连接端23与低压电网14相连接。该电压转换器5例如被构造为保持该高压电网和该低压电网14相互电地分离。为此，该变压器54例如被构造为隔离变压器。然后，该接地连接端23所以从接地连接端22电地分离。
电压转换器5具有用于放电信号的输入端8。该输入端8在该实施例中与引擎罩开关28、火灾传感器26和事故传感器尤其是加速度传感器24相连接。该加速度传感器24被构造为产生加速度信号，该加速度信号表示事故并且将其作为放电信号提供给输入端8。该火灾传感器26被构造为产生表示火灾尤其是车辆的火灾的输出信号并且将其在输出侧作为放电信号提供给输入端8。
引擎罩开关28被构造为产生一个输出信号，该输出信号表示机动车的电机引擎罩的开启并且将其作为放电信号提供给输入端8。该电压转换器5被构造为根据在输入端8处接收的放电信号产生一个断路信号并且将其在输出端35处发送给断路开关4。该断路开关能够然后根据该断路信号将高压蓄电池12从中间电路分离。该功率末级16然后在这种情况下仅与该电压转换器5经由输入端7连接并且与中间电路电容器10连接。
电压转换器能够在未示出的实施形式中也借助于输入端8与主开关或者点火锁如此地有效连接，使得在关断的主开关或者关断的点火时产生放电信号并且引起中间电路的放电。
也示出了用户的一只手80，该只手能够接触连接导线30或者接触与该连接导线30相连接的电连接端。这将能够例如在通过加速度传感器24所获取的事故之后、在机动车发生火灾之后或者在由引擎盖开关28所获取的引擎盖开启之后、在该只手80由于接触连接导线30而能够与中间电路电压接触之后发生，在上述的火灾中该只手80通过消防水而处于与连接导线30有效的电接触之中。
电压转换器5还被构造为根据在输入端8处所接收的放电信号将中间电路电容器10和另外的与该连接导线30相连接的电容例如也能够由于该连接导线30自身所形成的电容经由输入端7连接至接地连接端22地放电。为此，该电压转换器5—接下来在图2中示例性地进一步示出为逆变器—借助于用于放电该中间电路电容器10地构造的时钟频率来控制，使得在经由逆变器和经由与该逆变器在输出侧相连接的变压器的放电电流是最大的，其中，表示在变压器中的磁通的饱和的饱和电流能够有利地不能被超过。
图2示出了在图1中已经示出的电压转换器5的电路装置。该电压转换器5具有带有处理单元42的逆变器55，该处理单元例如被构造为FPGA、微控制器或者微处理器。该处理单元42在输出侧与已经提及的逆变器的多个开关晶体管的多个控制连接端相连接。该开关晶体管43和45在此共同形成一个半桥，该半桥在输出侧与变压器54的初级绕组相连接。该电压转换器也包括两个开关晶体管44和46，它们俩共同形成一个半桥，该半桥在输出侧与该变压器54的初级绕组的第二连接端相连接。该开关晶体管43和44分别被构造为—通过在图1中所示出的断路开关来连接—将通过处理单元42的控制信号来施加、控制的在输入端7处的正的高压电势连接至变压器54的初级绕组上。
开关晶体管43和44由此形成了高侧晶体管，晶体管45和46分别形成了该逆变器55的低侧晶体管并且被构造为根据在输入侧所接收的、由该处理单元42所产生的控制信号将变压器54的初级绕组的第二连接端与高压电网的接地连接端22相连接。
多个晶体管43、44、45和46例如分别被构造为场效应晶体管或者IGBT（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor：绝缘栅双极型晶体管）。
逆变器55也包括备用电容器11，其与输入端7和接地连接端22相连接。该处理单元42在输入侧与在图1中已经描述的用于放电信号的输入端8相连接。该处理单元42也在输入侧与定时器50相连接，该定时器被构造为产生作为用于控制多个开关晶体管43、44、45和46的时间基准的开关信号并且在输入侧提供给该处理单元42。该处理单元42被构造为根据从定时器50所接收的、用于产生交变电压的开关信号来控制多个开关晶体管43、44、45和46。该交变电压的频率例如为100KHz。该处理单元被构造为根据在输入端8处所接收的放电信号来划分从该定时器50所接收的频率，尤其是向下划分，从而使得经划分的频率小于从由该定时器50所产生的开关信号的频率。该处理单元42还被构造为根据放电信号以经划分的频率来控制逆变器，尤其是控制用于产生交变电压的多个开关晶体管43、44、45和46。
该逆变器55在该实施例中包括电流传感器40，其在该实施例中被构造为隔离变压器。该电流传感器40将开关晶体管45和46的多个源极连接端与接地连接端22相连接。也示出了电流传感器41，其被构造为分流电阻。该电流传感器41能够附加地或者与电流传感器40无关地是逆变器55的组成部分。该电流传感器41将由开关晶体管43和45所形成的半桥的输出端与变压器54的初级线圈的第一连接端相连接。处理单元42被构造为根据从该电流传感器40所接收的电流信号并且根据在输入端8处所接收的放电信号来如此地产生用于控制多个开关晶体管43、44、45和46的经划分的频率，从而使得不超过借助于该电流传感器40所获取的电流的预先确定的阈值。该电流的阈值相应于例如在变压器54中的磁通的饱和。该变压器在输出侧经由次级线圈与整流器相连接。该整流器在该实施例中通过两个二极管47和48来形成。该整流器在其他的实施形式中能够被构造为桥式整流器。代替所示出的整流器能够将具有主动或者被动的整流的电流倍增器与变压器相连接。该电压转换器在次级侧也包括电感52，其与变压器54的次级绕组的抽头尤其是中心抽头相连接。电感52将该中心抽头通过输出端39—其如在图1中所示出的那样—与低压电网14相连接。变压器54的次级绕组附加于已经提及的中心抽头具有两个连接端，其中，第一连接端经由二极管47且第二连接端经由二极管48与用于低压电网的接地连接端23相连接。
该处理单元42能够在其他的实施形式中被构造为借助于利用晶体管半桥来产生的半波的脉宽调制来限制通过变压器54的初级绕组的电流。
图3示出了具有时间轴60和幅度轴62的图示。示出了由在图1和图2中所示出的逆变器5所产生的多个时间信号。示出了表示由在图2中的电流传感器40所获取的电流的曲线64。也虚线地示出了该电流64的阈值70，该阈值例如在图2中所示出的处理单元42中通过呈现在处理单元42的存储器51中的数据项53来表示为预先确定的电流值。
也示出了表示通过在图2中的电感52的电流的曲线67。
曲线65表示包括开关晶体管43和45的晶体管半桥的输出电压，曲线66表示由晶体管44和46所形成的半桥的输出电压。

Claims (11)

1.一种用于机动车的控制单元（3），其中，
所述控制单元（3）具有电压转换器（5），所述电压转换器具有用于直流电网（10、12、16）的输入端（7）并且所述电压转换器被构造为在输出侧产生比在用于所述直流电网的所述输入端（7）处的输入电压更小的直流电压并且在输出侧输出所述直流电压，
其特征在于，
所述电压转换器（5）具有逆变器（55）和与所述逆变器（55）连接的变压器（54）和用于放电信号的输入端（8）并且被构造为根据所述放电信号通过所述逆变器（55）来放电与用于所述直流电网的所述输入端（7）相连接的中间电路电容器（10）并且为此尤其是相较于无放电信号减小所述逆变器（55）的工作频率。
2.根据权利要求1所述的控制单元（3），其特征在于，
所述控制单元（3）被构造为至少减半所述逆变器（55）的所述工作频率。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元（3），其特征在于，
所述电压转换器（5）被构造为根据在所述变压器（54）中的磁通尤其是根据在所述变压器（54）中的所述磁通的饱和来限制从所述逆变器（55）连接至所述变压器（54）上的电流（64）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元（3），其特征在于，
所述控制单元（3）具有可控地构造的断路开关（4），所述断路开关具有用于电的蓄电池（12）的连接端（6）和用于中间电路电容器（10）的连接端并且所述控制单元（3）被构造为根据所述放电信号产生断路信号并且将其发送至所述断路开关（4），以将所述蓄电池（12）从至少一个所述中间电路电容器（10）分离。
5.一种用于车辆的电路装置（1），所述车辆具有电驱动装置（16、18、20）、具有根据权利要求1至4中任一项所述的控制单元（3）并且具有所述中间电路电容器（10），其中，所述中间电路电容器（10）与用于所述直流电网的所述输入端（7）相连接并且用于所述直流电网的所述输入端（7）经由所述断路开关（4）与用于所述蓄电池（12）的所述连接端（6）相连接。
6.根据权利要求5所述的电路装置（1），其特征在于，
所述电路装置（1）具有与用于所述放电信号的所述输入端（8）连接的引擎罩开关（28），所述引擎罩开关被构造为根据所述车辆的引擎罩的开启来产生放电信号。
7.根据权利要求5或6所述的电路装置（1），其特征在于，
所述电路装置（1）具有与用于所述放电信号的所述输入端（8）相连接的事故传感器（24），所述事故传感器被构造为根据在所述事故传感器（24）上作用的加速度来获取所述放电信号并且根据所述加速度来产生所述放电信号。
8.一种机动车，其具有电驱动装置（16、18、20），所述电驱动装置具有根据权利要求1至4中任一项所述的控制单元或者根据权利要求5至7中任一项所述的电路装置。
9.一种用于放电用于电动或者混合动力车辆的电路装置（1）的中间电路电容器（10）的方法，所述电路装置包括与所述中间电路电容器（1）相连接的电压转换器（5），在所述电压转换器中将产生放电信号并且根据所述放电信号来相较于无放电信号时减小所述电压转换器（5）的逆变器（55）的工作频率，从而经由所述逆变器（55）来比无放电信号时更快速地放电所述中间电路电容器（10）。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，根据在与所述逆变器（55）的输出端相连接的变压器（54）中的磁通来限制通过所述逆变器（55）的电流（64）。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其中，根据电动车辆的引擎罩的开启、根据表示事故的加速度信号或者根据表示所述车辆的失火的报警信号来产生所述放电信号。
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