CN104039584B - 用于对车载电网中的电压限度进行调整的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的方法，该方法具有下述步骤：根据车辆数据对电压限度进行调整，其中查明实际电压，并且如果所述实际电压超过所述电压限度，则使所述实际电压短路或者对其进行限制。此外，本发明涉及一种用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的装置，该装置具有用于根据车辆数据对所述电压限度进行调整的调整机构。

Description

用于对车载电网中的电压限度进行调整的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用来对用于混合动力车辆的车载电网中的最大允许的工作电压的电压限度进行控制的方法以及一种相应的装置。

背景技术

在车辆的车载电网中出现以下问题：这些车载电网具有固定的电压限度。所述电压限度为用于车载电网中的电压的最大允许的电压值。如果车载电网中的实际上的电压、也就是说实际电压超过预先给定的电压限度，则可以使实际上的电压短路或者以其它方式对其进行限制，以便遵循在车载电网中的电压限度。

但是，如果在车辆制动时通过发电机运行产生了超过电压上限的电压，那么经常出于安全原因使电压短路或者以其它方式对其进行限制，从而这些电压不会用于对蓄电池或者电池进行再充电。因此，使用车载电网的车辆具有较高的燃料消耗。

发明内容

本发明的目的在于，给出一种车载电网，该车载电网能够有效地使用制动能并且同时具有较高的安全性。

按照本发明的一个方面，所述目的通过一种用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的方法来实现，该方法包括下述步骤：根据车辆数据对电压限度进行调整。由此实现以下优点：按车辆情况和条件可以为车载电网中的电压规定不同的电压上限，并且如此在每个时刻都有效地储存并且使用在车载电网中可用的电压。

这意味着，按照本发明提出一种用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的方法，该方法包括下述步骤：根据车辆数据对所述电压限度进行调整，其中查明实际电压，并且如果所述实际电压超过所述电压限度，则使所述实际电压短路或者对其进行限制。

在一种有利的实施方式中，所述车辆数据表示为车辆的速度，并且根据所述速度对所述电压限度进行调整。通过使用速度数据来实现以下优点：所述电压限度可以灵活地根据车辆的速度来变化。

所述车辆数据可以是关于车辆的当前速度、例如速度测量值、加速度、例如加速度测量值或者其它运动的数据。此外，所述车辆数据可以是关于例如在操纵制动踏板时制动系统的激活或者去激活的数据。此外，所述车辆数据可以是关于车辆的特定部件、例如发动机罩或者电池盖的锁定状态或者关闭状态的数据。然而，所述车辆数据还可以包括所有其它的数据，通过使用所述数据可以适合地控制车载电网中的最大允许电压、也就是说电压限度。

在另一种有利的实施方式中，在超过车辆的预先给定的速度、例如预先给定的速度为10km/h时提高所述电压限度。通过提高所述电压限度，产生以下优点：在车辆速度更高时可以有效地使用由制动发电机产生的电压，在速度更高的情况下在制动时同时出现更高的电压。

在另一种有利的实施方式中，所述电压限度在预先给定的速度下被设定为预先给定的数值、尤其是60V的数值。由此例如产生以下优点：可以放弃电子装置的昂贵的接触保护措施。

在另一种有利的实施方式中，根据被调整的电压限度来设定一表明车载电网中的负载下降的电压值。由此实现以下优点：即使在车载电网中的电压上限不稳定，仍能可靠地检测负载下降，并且可以采取适合的措施。

在另一种有利的实施方式中，表明车载电网中的负载下降的电压值相应地比被调整的电压限度高出了预先给定的数值，例如高出了预先给定的数值5V。由此实现以下优点：可以特别可靠地检测负载下降。

在另一种有利的实施方式中，所述车辆数据是表明对制动踏板的操纵的数据，并且根据对制动踏板的操纵来调整所述电压限度。由此实现以下优点：可以用特别简单的措施来识别一种情况，在这种情况中可能在车载电网中出现较高的电压。

在另一种有利的实施方式中，在操纵制动踏板时提高所述电压限度，并且在松开制动踏板之后的预先给定的时间间隔之后降低所提高的电压限度。由此实现以下优点：实现了一种特别可靠的方法，其中基本上仅在操纵制动踏板期间提高所述电压限度。

在另一种有利的实施方式中，所述车辆数据表示为所述车辆的加速度，并且根据加速度来对所述电压限度进行调整。由此实现以下优点：进一步改进了车载电网的安全性，因为仅在一种时间间隔期间使用提高的最大允许的电压值用于车用电压，在所述时间间隔中在车载电网中例如由于制动而可能出现提高的电压。

按照本发明的另一个方面，按本发明的目的通过一种用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的装置来实现，该装置包括一用于根据车辆数据对电压限度进行调整的调整机构。由此实现了与通过相应的方法实现的优点相同的优点。

附图说明

下面参照附图对其它的实施例进行解释。其中示出了：

图1示出了用于电池的等效电路图；

图2示出了按本发明的方法的第一种实施方式；

图3示出了按本发明的方法的第二种实施方式；并且

图4示出了车载电网，其具有用来对用于最大允许工作电压的电压限度进行控制的装置。

具体实施方式

在公开进行的CO2讨论以及不断上升的燃料价格的框架内，用于降低燃料消耗以及CO2排放的系统越来越重要。

一种用于实现较低的燃料消耗的目标的可行方案在于驱动系或者说传动系（Antriebsstrang）的混合，其中驱动系不仅具有电驱动装置，而且具有燃烧驱动装置/内燃机。通过回收（再生）在制动时释放的动能或者在下坡行驶时释放的势能来节省燃料。可以将所回收的能量用于向车辆自身的车载电网供电。这一点对燃料消耗具有明显积极的影响。用于驱动系的混合的关键组件是电驱动装置以及功率电池。

尤其内燃机的转矩可以通过电驱动装置的转矩来提高（增压），以便例如在所谓的增压-再生系统中例如改进行驶动力。如果通过再生来回收比需要用于车载电网的供电和增压功能的能量更多的能量，则此外存在以下可能性：有针对性地降低内燃机的转矩，并且通过电驱动装置的转矩对其进行补偿或者补充。通过这种负荷点迁移，可以实现燃料消耗的降低。

但是，此外还必须保证其它的功能。因此，例如也应该在较长的停车阶段期间在空转中、例如在堵车情况中保证可靠地向车载电网供给电能。这要求在车辆停止时也通过发电机来向车载电网供电。

下面，术语“电驱动装置”应该是指电动机/电机和逆变器，所述电动机/电机和逆变器不仅可以以电动机模式运行，也就是说用于驱动车辆，而且也可以以发电机模式运行，也就是说用于回收电能。

图1示出了电池的简单的等效电路图，该电池用作在混合动力车辆中的车载电网的一部分。

为了给电池充电，必须提高端电压UKL超过电池的稳恒电压U₀，因为电池的充电电流大致通过内电阻按照公式I=（UKL-U₀）/R_i来限定。

现在如果要在制动时回收能量的时间间隔中、也就是说在再生阶段中利用尽可能高的电流给电池充电，则电池及馈电线的内电阻就导致了：在电池接头上必须施加明显比稳恒电压U₀高的电压，以便产生用于给电池充电的电流。例如在具有镍钴锰（NCM）化学单体（Zellchemie）的锂离子电池中出现大约或者超过60V的电压，其具有14个串联的单体。

在选择电池时有利的是，选择尽可能高的输出电压，以便利用预先给定的电流来产生尽可能高的增压效率或再生效率。尤其在以电动机模式运行（增压）时，较高的输出电压是用于在转速较高时也可以施加增压功能的前提。

但是，为了确保在高电压时不会使人员遭受危险，应该保证：尤其在车载电网的部件可能被人员、例如被保养和维护人员碰到时，在车载电网中的电压始终小于60V。但是，这一点用已知的措施仅在下述情况下才能实现：将电池电压选择得足够小并且在再生期间在最大的电流时避免电压上升超过60V。

因此，在现有技术中通常将最大允许的发电机电压或者车载电网电压限制为一个特定的值，以便省去用来对导线进行电绝缘或者用于进行接触保护的复杂措施。但是，这些措施必然导致了对电池电流及储存器功效的限制。因此以发电机模式的制动功率、也就是说再生功率不能有效地得到回收，这自动地导致了燃料消耗的提高。

此外，在这种具有再生功能的车载电网中，尤其在制动期间电驱动装置以发电机模式运行并且意外地切断或者分开电池时，可能出现所谓的负载下降或者说负载突降（Lastabwurf）。但是因为要持续一定的时间直至磁场已经消除，所以发电机通过感应引起了对于这个时刻过高的电流量，并且在车载电网中形成了所谓的电压峰值，所述电压峰值例如可能明显超过预先给定的、60V的电压值。这个过程也被称为负载突降（Load dump）。

如果在出现负载下降时没有采取合适的应对措施，那么所产生的电压峰值可能导致车载电网的电构件的损坏。

为了在负载下降时限制电压，可以采取不同的措施。这些应对措施之一是，通过逆变器使电驱动装置短路。但是，必须主动地操控或者引起主动的短路。因此，首先通过下述方式检测负载下降：确定在车载电网中或者电驱动装置上的电压是否超过预先给定的电压值，或者是否存在相应的电压上升。其中应该在最大允许的发电机电压或者车载电网电压与用于对负载下降进行检测的阈值之间选择足够大的探测阈值。而后根据对这种负载下降的检测来采取合适的应对措施。

现今的混合动力车辆除了内燃机之外典型地具有一电压超过100V的电驱动装置。然而，对于入门级混合（Einstieghybridisierung）来说，也可以考虑低于100V、尤其是低于60V的电压，因为在这种情况下需要明显更少的、用于接触保护的花费。

图2示出了按本发明的方法的第一种实施方式。首先在步骤S201中借助于车辆数据来确定，是否存在预先给定的车辆条件。

车辆数据可以是关于车辆的当前速度、例如速度测量值、加速度、例如加速度测量值或者其它运动的数据。此外，车辆数据可以是关于例如在操纵制动踏板时制动系统的激活或者去激活的数据。此外，车辆数据可以是关于车辆的特定部件的锁定状态或者关闭状态、例如发动机罩或者电池盖的锁定状态或者关闭状态的数据。但是此外，车辆数据可以包括所有其它的数据，通过应用这些数据可以适合地控制在车载电网中的最大允许电压、也就是说电压限度。用作车辆数据的数据可以由不同的传感器来检测，并且被传输给用于电压限度的控制装置。这种传感器可以通过速度传感器、加速度传感器、锁定传感器或者通过其它用于对特定的实际值进行检测的传感器来构成。

如果在借助于车辆数据确定之后存在着特定的车辆条件，则继续执行所述方法的步骤S203，在所述方法步骤S203中对用于在车载电网中的最大允许电压的电压限度进行调整。

“按本发明对在车载电网中的最大允许电压进行调整”还可以理解成在车载电网的部分区域中、例如在车载电网的包括再生发电机或者电驱动装置的这种部分区域中进行调整。

作为可能的车辆条件S201，可以考虑不同的条件，在出现所述条件时相应地采取在车载电网中的电压限度的不同的调整步骤S203。

例如作为条件S201可以使用下述条件：超过预先给定的车速、例如10km/h。如果达到这个条件，对在车载电网中的电压限度的调整S203则通过以下方式来进行：提高电压限度，例如从60V提高到64V。由此实现以下优点：人员、例如维修技师在车辆停止时不会由于较高的电压而遭受危险，并且改进了车载电网的安全性。如果车速又下降到预先给定的速度值之下，则又可以降低电压限度，例如从64V降低到60V。

所述速度例如可以通过车轮的转速或者通过GPS信号来检测。通过GPS信号来检测提供了以下优点：只有在车辆实际运动时才提高电压限度。但是，如果车辆处于发动机试验台上，则可以通过使用GPS信号用于速度探测来可靠地防止提高电压限度，尽管车轮进行了旋转运动。但是同样可以考虑，以组合方式不仅使用车轮的转速而且使用GPS信号，用于对车辆的速度进行检查。

通过根据速度来暂时提高车载电网电压，实现以下优点：对车载电压的限制不会导致车辆消耗的提高。

作为可选的条件S201，可以使用对于车辆的停止状态的检测。如果出现这种条件，那么对车载电网中的电压限度的调整S203则通过以下方式来进行：在停止状态中将电压限度设置为特定的、可以被视为无危险的数值。由此同样可以实现以下优点：改进车载电网的安全性。在这种情况下，车辆的停止状态也可以通过车轮的停止状态或者通过GPS信号来检测。

作为另一可选的条件S201，可以使用对车辆的负加速度、也就是制动的检测。如果出现这种条件，那么对在车载电网中的电压限度的调整S203则通过以下方式来进行：将电压限度提高到特定的数值，例如从60V提高到64V。由此实现以下优点：进一步改进了车载电网的安全性，因为只有在车载电网中能出现提高的电压时才使用提高的用于车载电压的最大允许电压值。加速度值例如可以通过加速度传感器或者通过所检测的速度根据时间的导数来确定。在这里，也可以将超过预先给定的作为阈值的加速度值用于进行调整步骤S203。

作为另一可选的条件S201，可以使用对制动系统的激活的检测、例如对车辆的制动踏板的踩踏或者操纵。如果出现这种条件，那么对在车载电网中的电压限度的调整S203则通过以下方式进行：将电压限度提高到特定的数值，例如从60V提高到64V，只要速度高于特定的阈值。由此实现了以下优点：可以放弃其它的用于对加速度进行检测的传感器并且简化了结构。

下面可以检测制动系统的重新的去激活。在将制动系统去激活之后的特定的时间间隔之后，可以重新降低在车载电网中的最大允许电压限度，例如降低到60V。通过重新降低电压限度，再次建立了车载电网的安全性。

作为另一可选的条件S201，可以使用对车辆的发动机罩或者电池盖的打开或者解锁的检测。如果出现这种条件，对在车载电网中的电压限度的调整S203则通过以下方式来进行：将电压限度设置为预先给定的无危险的数值，例如设置为低于60V的数值。由此实现了以下优点：在打开发动机罩时确保了车载电网的较高的安全性，并且否则即使在车辆停止时也能够使用较高的工作电压。

但是，通常也可以取代上述的条件而考虑其它的用于对在车载电网中的最大允许电压限度进行调整的条件，这些条件一方面改进车载电网的安全性，并且另一方面通过下述方式对车辆的燃料消耗产生积极地影响：在再生阶段期间暂时提高或者改变用于最大允许工作电压的电压限度。

这种条件例如可以是车辆的行驶条件或运动条件，或者车辆的特定部件的闭锁条件或解锁条件。

通过对电压限度的动态调整来实现以下优点：可以使用较高的输出电压或者稳恒电压的电池、例如具有14个单体的、具有将近60V的输出电压的NCM-锂离子电池，并且改进了驱动系的效率。尽管在车辆运行期间可能在车载电网中暂时出现高于60V的电压，尽管如此可以在很大程度上放弃接触保护措施。总之可以通过取决于情况地调整车载电网电压，来提供高效的并且尽管如此极其安全的车载电网系统。

图3示出了按本发明的方法的另一种实施方式。在这种实施方式中，方法步骤S301和S303分别相当于方法步骤S201和S203。附加地，在图3中示出的方法包括另一步骤S305，在该步骤中对表明车载电网中的负载下降的电压值进行调整。这一点紧接在对用于车载电网中的最大允许电压的电压限度进行调整之后进行。由此表明在车载电网中的负载下降的电压值代表一种阈值，在超过所述阈值时要采取其它的保护措施，以防止负载下降。

在步骤S305中进行的调整例如可以包括了提高、设定或者降低用于对负载下降进行检测的电压值。特别有利的是，用于对负载下降进行检测的电压值比车载电网中的最大允许电压限度高出一固定的伏特值，例如高了5V。在此，用于对负载下降进行检测的电压值遵循（nachführen）用于最大允许工作电压的电压限度。如果在车载电网中的最大允许电压限度发生变化，那么由此也自动地改变用于对负载下降进行检测的阈值，如此使得能够可靠地检测所出现的负载下降。

由此实现以下优点：在车载电网中的电压限度被改变或者调整时也可靠地检测负载下降，并且避免了负载下降保护的误触发、例如逆变器的短路。

也可以取代最大允许电压而将当前的额定电压用作用于识别负载下降的标定点，因为额定电压小于最大允许电压。如果例如车辆以50km/h的速度行驶，那么最大允许电压就可能为62V。但是，与最大允许电压区别的额定电压在没有进行再生的情况下可以处于57V的电压值。在这种情况下，可以基于额定电压通过将5V的电压间隔加到额定电压上，而将用于对负载下降进行检测的阈值设置为62V。

因此，对负载下降-识别阈值的动态遵循是一种前提，用于在负载下降的情况下也可靠地遵守接触保护电压限度，并且尽管如此在速度较高时也可以利用全部再生潜能。

在车辆中用于对发动机罩的打开状态进行检测的发动机罩开关可以用于：在发动机罩打开时或者总是或者至少在车辆停止时禁止以发电机模式的运行，对于这种车辆来说，如果例如电池在车辆停止状态时由于通过车载电网进行放电而已经达到临界的充电状态，则内燃机自动地重新起动。

如果不允许以发电机模式的运行，则不会出现负载下降并且车载电网电压被限制为最大的电池电压。在使用具有14个单体的锂离子电池时，由此所述车载电网电压低于60V的数值。

由此上述措施用于：在混合动力车辆中在特定情况下遵守例如60V的接触保护电压限度。这些措施保证，高于预先给定的例如60V的数值的电压不可能被人员接触到，并且尽管如此并没有由于这种电压限度而限制了再生潜能和燃料节省潜能。

图4示出了按本发明的车载电网401，该车载电网适合于对用于该车载电网401中的最大允许电压的电压限度进行调整。所述车载电网401包括用于电能的蓄能器、例如电池或者蓄电池、用于对混合动力车辆进行电驱动的电驱动装置405、可选的能控制的电压限制装置407、电压检测装置409以及控制装置411。

以下述方式对电池403进行调整：能可靠地储存在再生运行中积聚的电流量。例如这种电池可以是锂离子电池或者其它适合于此目的的电池。

电驱动装置405不仅用于驱动车辆，而且也用于在再生运行中回收电能。尤其可以按能量回收的方式和强度将不同大小的电压馈入到车载电网中。此外，所述电驱动装置包括未示出的逆变器，该逆变器在负载下降的情况下经由控制线415通过控制装置411来短路。通过逆变器使电机的相位短路，这一点在此形成了一种防止由于负载下降而引起的电压上升的有效措施，并且防止车载电网的电构件受到损坏。

可选的能控制的电压限制装置407同样通过控制线417与控制装置411相连接，并且将在车载电网中出现的电压限制为所设定的极限值之内，所述极限值为最大允许电压限度。这种电压限制装置例如可以通过电压限制装置线路来构成。

电压检测装置409用于检测在车载电网401中的电压，例如是电压测量仪。将所检测的电压值通过信号线419传输给控制装置411。在超过用于识别负载下降的极限值时，通过控制装置411来触发用于对车载电网中的电压进行限制的措施，例如通过逆变器使相位短路。

控制装置411对收到的信号进行处理，以便在这些信号的基础上实施控制。一方面控制装置411如此控制电驱动装置405的逆变器，使得在超过了表明车载电网中的负载下降的电压值时使逆变器短路。在此由控制装置411根据所选择的最大允许电压限度来设定用于对负载下降进行检测的电压值。

此外，控制装置411与传感器413相连接。传感器413将所测量的车辆数据传输给控制装置411，所述车辆数据形成用于确定车载电网401中的最大允许电压限度的基础。如果车辆数据满足预先给定的条件，则对最大允许电压限度进行调整。

电压限度为用于车载电网中的电压的最大允许的电压值。如果车载电网中的实际上的电压、也就是说实际电压超过预先给定的电压限度，那就可以使实际上的电压短路，或者以其它方式对其进行限制，或者作为替代方案可以暂时提高或者改变电压限度。

传感器413例如可以是速度传感器、加速度传感器、运动传感器、锁定传感器、例如发动机罩传感器或者是制动系统-激活传感器。通常考虑所有相应的传感器，所述传感器提供合适的数据，以便能够执行上述的、对车载电网中的最大允许电压上限的控制。

控制装置411可以通过适合的电路、能编程的逻辑电路或者处理器来构成，并且包括非永久性的或者永久性的存储器，在所述存储器中存储了控制参数或者控制程序。

但是，按本发明的用来对用于车辆的车载电网中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的装置不局限于所说明的车载电网，而是同样可以用在其它适合的车载电网或者部分车载电网中。

本发明原则上适合于所有具有混合驱动装置或纯再生功能的车辆。本发明的各个结合不同的实施方式所描述的特征能以任意的方式彼此组合，以便实现其有利的作用。

附图标记列表

UKL端电压

U₀稳恒电压

R_i内电阻

S201-S203方法步骤

S301-S303方法步骤

403电池

405电驱动装置

407电压限制装置

409电压检测装置

411控制装置

413传感器

415控制线

417控制线

419信号线。

Claims (11)

1.用来对用于车辆的车载电网（401）中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的方法，其中将所述车载电网的实际电压调节到额定电压，并且其中所述额定电压小于所述最大允许工作电压，并且其中如果所述实际电压超过所述车载电网（401）中的最大允许工作电压，则使所述实际电压短路或者对其进行限制，具有以下步骤：

-根据车辆数据对所述电压限度进行调整（S203），其中所述车辆数据包括能够通过使用该数据适合地控制车载电网中的所述电压限度的数据。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述车辆数据表示为车辆的速度，并且根据所述速度对所述电压限度进行调整。

3.按权利要求2所述的方法，其中在超过车辆的预先给定的速度时提高所述电压限度。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述电压限度在预先给定的速度下被设定为预先给定的数值。

5.按权利要求1所述的方法，其中根据被调整的电压限度来设定一表明车载电网中的负载下降的电压值。

6.按权利要求5所述的方法，其中表明车载电网中的负载下降的电压值相应地比被调整的电压限度高出了预先给定的数值。

7.按前述权利要求1所述的方法，其中所述车辆数据是表明对制动踏板的操纵的数据，并且根据对所述制动踏板的操纵来调整所述电压限度。

8.按权利要求7所述的方法，其中在操纵制动踏板时提高所述电压限度，并且在松开所述制动踏板之后的预先给定的时间间隔之后降低所提高的电压限度。

9.按前述权利要求1所述的方法，其中所述车辆数据表示为车辆的加速度，并且根据加速度来对所述电压限度进行调整。

10.按权利要求4所述的方法，其中所述电压限度在预先给定的速度下被设定为低于60V的数值。

11.用来对用于车辆的车载电网（401）中的最大允许工作电压的电压限度进行控制的装置，所述装置构造用于执行按前述权利要求中任一项所述的方法的所有步骤。