CN104137381A - 机动车辆电气架构的电能管理办法及实施该方法的相关车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机动车辆的电气架构(2)的电能管理方法，所述电气架构(2)包括：电能存储器(3)、包含电气部件的车载网络(6)、发电机(5)、包含连接到电能存储器(3)的输入端(E)以及连接到车载网络(6)和发电机(5)的输出端(S)的直流/直流变流器(4)、控制构件(7)，所述控制构件允许操控发电机(5)至确定的第一逐步充电设定点并且根据至少一种能够使电能存储器(3)充电的运行模式操控所述直流/直流变流器(4)，其特征在于，当直流/直流变流器(4)被控制在允许电能存储器充电的运行模式时，直流/直流变流器(4)消耗的电流动态通过对由直流/直流变流器(4)提供给电能存储器(3)的电流施加第二逐步充电设定点来调节。本发明还涉及一种实施本发明方法的车辆。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车辆电气架构的电能管理方法。
本发明还涉及一种实施这种方法的机动车辆。
技术背景
某些机动车辆的电气架构包括交流发电机和电能存储器(例如传统的车用12V铅蓄电池)，负责给一个或多个电气部件以直流或交流的方式提供电压。例如汽车车载网络的情况。根据典型架构，电池永久地与交流发电机和车载网络并联。
更典型地，交流发电机响应限制电流增加的逐步充电设定点。这个逐步充电设定点，例如20A/s(安培每秒)是可变的而且可以取决于多个参数，例如发动机的转速。逐步充电的功能尤其能够避免发动机在低转速时熄火，例如减速时。继续在这个示例中，如果电气消耗部件的动态电流大于20A/s，交流发电机将不再供应所需功率。
在这个典型的机动车辆电气架构中，电池永久地与交流发电机和车载网络并联，当它的响应时间小于部件启动的动态响应时间时辅助响应交流发电机，而且还能够作为缓冲。
此外，交流发电机驱动器的出现使得能够有一个被调制在最小电压和最大电压范围之间的输出电压导致确定调制输出电压的策略以得到车辆消耗的大幅增益。为此，车辆的生命阶段允许能量回收，像车辆的速度，车辆的减速都考虑到为了从每个阶段期间更好地限制车辆消耗的方面来确定一个合适的输出电压。某些机动车辆因此在电池接收大量充电电流时配备了能量回收功能。为了稳定这个电流，有必要提高电池接线端的电压来克服电池的内部阻抗以及电池与产生电流的电器之间的连接。
然而这种机动车辆的典型电气架构对能量交换的依赖度高。这导致了一些不便：
-在充电阶段时，交流发电机提高能充电的调节电压。期间车载网络剩余的部分承载相同的电压从而导致过度消耗。例如交流发电机施加15V的电压给电能存储器充电，所有阻抗型电气部件或电子发动机将处于过度消耗保障需求的不必要的附加电功率，表现为燃料的过度消耗和二氧化碳(CO2)排放的增加。此外，该电压的升高导致车载网络部件的过早老化，例如照明装置或其他电子元件。
-某些车载网络的部件能够，当它们提出需求时，施加最小调节电压给所有车载网络。例如刮雨器启动时在接线端需要一个最小为14V的电压来确保最佳运行。该约束要求交流发电机调节到生成14V而且迫使电能存储器进行不一定需要的强制充电。
另已知申请号FR1150072的申请人的专利申请，电子器件组成的直流/直流变流器，也被称为放置在机动车辆电气架构中的可逆直流/直流变流器。直流/直流变流器包括输入端和输出端，输入端与交流发电机相连，输出端与电池相连。直流/直流变流器包括四个运行模式：
-通行模式：直流/直流变流器作为闭合的开关。
-断开模式：直流/直流变流器作为断开的开关。
-输出端与输入端相比的升压或降压模式为了使直流/直流变流器中的电流从输入端流向输出端，因此从交流发电机流入电池使其充电。
-输入端与输出端相比的升压或降压模式为了使直流/直流变流器中的电流从输出端流向输入端。
后两种运行模式允许从剩余的车载网络的电池接线端得到不同的电压。这样就可能通过对电池的接线端注入独立于剩余车载网络的电压来充电。例如，电池可以在16V下充电而剩余车载网络的电压为12V。
为了充分利用生活中的情况给电池充电，优选使用高动态的电池充电电流，例如200A/s。然而电池被连接在所示电气构架中，不能够像它在本文开头所示的典型电气架构中一样作为缓冲。这样，当直流/直流变流器被用来给电池充电时存在车载网络的电压崩溃的风险以及达到导致计算机重置(英语为reset)的最小阈值而给客户带来安全风险。
一直存在一种在更好限制车辆消耗方面的车辆电气架构的电能管理策略的改善需求，同时维持车载网络的电气部件的最佳供给。
发明内容
本发明同样涉及一种机动车辆的电气架构的电能管理方法，所述电气架构包括：电能存储器、包含电气部件的车载网络、发电机、包含连接到电能存储器的输入端以及连接到车载网络和发电机的输出端的直流/直流变流器、控制构件，所述控制构件允许操控发电机至确定的第一逐步充电设定点并且根据至少一种能够使电能存储器充电的运行模式操控所述直流/直流变流器，其特征在于，当直流/直流变流器被控制在允许电能存储器充电的运行模式时，直流/直流变流器消耗的电流动态通过对由直流/直流变流器提供给电能存储器的电流实施第二逐步充电设定点来调节。
优选地，所施加的第二逐步充电设定点小于或等于发电机的第一逐步充电设定点。
在一个变型中，第二逐步充电设定点在电能存储器充电过程中进行适配。
优选地，本方法包括通过遵照施加第二逐步充电设定点的步进设定点随时间递增，确定直流/直流变流器的电流调节设定点和/或电压调节设定点。
更优选地，在确定直流/直流变流器的调节设定点步骤中，在电能存储器充电过程中固定电压调节设定点并且仅适配电流调节设定点。
优选地，本方法包括测量车载网络电压，在车载网络电压小于低阈值的情况下，直流/直流变流器的调节设定点不再递增或者开始递减直至消除。
在另一个变型中，第二逐步充电设定点在电能存储器充电过程中被固定至不变阈值。
本发明还涉及一种配备电器架构的机动车辆，所述电器架构包括：电能存储器、车载网络、发电机、包含连接到电能存储器的输入端以及连接到车载网络和发电机的输出端的直流/直流变流器、允许导控直流/直流变流器和发电机的控制构件，其特征在于，所述控制构件被配置为实施本发明所述的方法。
附图说明
通过参考附图阅读以下非限制性特定实施例的说明，本发明的其它特征和优点将更加明显，图中：
-图1是配备用于实施本发明方法的电气架构的机动车辆的示意图。
-图2是图1所示电气架构的更为详细的示意图。
-图3a到3c分别示出有和没有本发明方法时的直流/直流变流器的运行状态、交流发电机电流和进入直流/直流变流器的电流、车载网络电压。
-图4a和4b分别示出在电池充电阶段直流/直流变流器的电流设定点IconsDCDC和车载网络电压URdB随着时间t的导控示例。
具体实施方式
图1示出包括电气架构2的机动车辆1，所述电气架构包括提供直流电流的车载网络6。车载网络6集合表现为车辆的负载的电气部件，容许供电电压在一定范围内的变化，例如在10.5V和16V之间，例如车辆照明，车载电脑，被供电或需要维持良好运行的最小电压时的空调机组。
电气架构2同样包括具有连续可调电压值的发电机5，例如受控交流发电机5，当其运行时，其电压设定点UconsAit在最小阈值例如12V和最大阈值例如15V之间。交流发电机的输出电压在最小电压阈值和最大电压阈值之间的电压范围中进行调制。交流发电机5送出直流电流。为此，其包括整流构件。交流发电机5的电压设定点被适配至车载网络6良好运行所需要的电压。交流发电机5直接与车载网络6连接。滤波电容9可以有利地与交流发电机5并联。从成本与功率的平衡原因考虑，交流发电机5优选生产电能的能力低于车载网络6所要求的最大电能需要。
电气架构2还包括电能存储器例如特低电压的电池3，如所谓的12V铅蓄电池。在我们的示例中，对于12V的电池，电池3能够送出的电压依赖于它的电量状态。传统上，电池3能够送出的电压在低电量状态(换句话说大约0％)时的大约为11.8V的最小电压和在高电量状态(接近100％)时的约为12.8V的最大电压之间。
电气架构2也包括直流/直流变流器4(本文中也被称为DC/DC变流器)允许由电池3为车载网络6供电。直流/直流变流器4包括第一接线端E和第二接线端S。第一接线端E与电池3的正极P相联。电池3包括与地线M相联的负极N。电池3还可配备布置在负极N上能够测量其电量状态的装置8。车载网络6借助地线M联接到第二接线端S和电池3的负极N之间。交流发电机5也借助地线M联接到第二接线端S和电池3的负极N之间。
电气架构2还包括构造用于根据确定的运行模式操控直流/直流变流器4的控制构件7。
直流/直流变流器4能够根据至少下述运行模式来被操控：
-第一接线端E与第二接线端S相比的升压或降压模式，直流/直流变流器4中的电流从接线端S流向接线端E，这能够把交流发电机5的电流输送至电池3而给其充电。当接线端E的电压大于与施加在电池3上用于克服其内部阻抗的电压阈值相对应的电压阈值Ur时，电池3充电。对于传统的12V电池，电压阈值Ur可以例如为15V。为了简化起见，下文中这种模式被规定为“充电模式”。
直流/直流变流器4还能够根据以下运行模式被操控：
-通行模式：直流/直流变流器4作为闭合的开关，
-断开模式：直流/直流变流器4作为断开的开关，
在直流/直流变流器4为可逆直流/直流变流器的情况下它也能够根据以下运行模式被操控：
-第二接线端S与第一接线端E相比的升压或降压模式，直流/直流变流器4中的电流从接线端E流向接线端S，这能够给车载网络6提供电流。
上述运行模式能够自动获得等于或不等于车载网络额定电压的电池额定电压。上述运行模式授权电气架构2电能的优化管理。
图2示出更详细的电气架构2。
特别是为了在热发动机在低速运行时，尤其在怠速状态时，或者负载或发动机扭矩剧烈变化以及车内主要电负载启动时避免热发动机熄火，交流发电机5的导控包括逐步充电函数F。逐步充电函数F取决于至少包括发动机转速的发动机参数。由此，在发动机运行过程中，交流发电机5被操控至来自逐步充电函数的第一逐步充电设定点CP1。
交流发电机5被控制构件7操控。控制构件7可以包括不同的电子操控单元ECU1，ECU2，或者用于操控直流/直流变流器4和交流发电机5的共同电子操控单元。
电气架构2还包括测量由直流/直流变流器4所消耗的电流IIN的构件20。电气架构2还可以包括测量直流/直流变流器4的第二接线端的车载网络电压URdB的构件21以及测量流经连接到电池3第一接线端E的电流Iout的构件22。在电池充电时，电流Iout在下文中也被规定为“充电电流”。
测量构件20，21，22给控制构件7提供其电流和各自的电压信息。
图3a示出的曲线30表示直流/直流变流器从状态2的运行模式向状态1的运行模式的转变，在所述状态2的运行模式中直流/直流变流器被操控处于通行模式，在所述状态1的运行模式中直流/直流变流器4被操控处于充电模式。有利地在探测到车辆减速时操控处于充电模式，这允许进行能量回收。
图3b中，曲线35表示交流发电机5在改变运行模式时的电流变化。交流发电机5的响应时间(受限于第一逐步充电设定点CP1例如20A/sec)低于电池3的充电响应时间，交流发电机没有能力提供电池3充电所需的功率。其结果，在没有实施本发明方法的情况下，如曲线31所示，直流/直流变流器4输入端(也即是说在直流/直流变流器4的接线端S)处的电流IN，增加而车载网络的电压URdB崩溃(图3c中曲线32)，这会导致车载网络6有不起作用的风险。
相反地，在实施本发明方法的情况下，直流/直流变流器4被操控用来调节直流/直流变流器4的输入端处的电流IIN(曲线33)和电压(图3c中曲线34)URdB。
为了这样做，根据本发明，当直流/直流变流器4被操控处于电池3的充电模式时，所消耗电流的动态，也即是说输入电流IIN的增长速率，在直流/直流变流器4中，通过在直流/直流变流器4向电池3供应的电流Iout上实施第二逐步充电设定点CP2来调节。这种调节能够限制车载网络6的功率保持以遵照交流发电机5的电流动态。直流/直流变流器4中消耗的电流动态对应于直流/直流变流器4输入电流IIN在时间上的导数，即dIIN/dt。
优选地，施加的第二逐步充电设定点CP2小于或等于交流发电机5的第一逐步充电设定点CP1的实行，这能够限制直流/直流变流器4消耗的电流IIN以及通过分配一个恰当的允许交流发电机5使用而不降低车载网络6性能的电流值从而优化电池3的充电阶段。
在一个允许控制构件7的简化管理的变型中，在电池3的充电过程中施加的第二逐步充电设定点CP2被固定至不变阈值Se。
在另一个对充电阶段最有利的变型中，在电池3的充电过程中，对施加的第二逐步充电设定点CP2进行适配。
有利地，对于上述两种变型，不变阈值Se被选择为小于交流发电机5保障的第一充电设定点CP1的最小值，这能够遵照电流动态。例如，如果第一逐步充电CP1的最小值为20A/s，不变阈值Se可以被选择为15A/s。
图4a示出在电池3充电过程中，直流/直流变流器4的电流调节设定点IconsDCDC和作为第一逐步充电设定点CP1的函数的充电电流(图4a中曲线40)随时间t的导控实例。图4b为在相同时间下的车载网络电压URdB的演变。
在图4a示例中，第一逐步充电设定点CP1具有第一设定点值，例如虚线41表示的20A/s和第二设定点值，例如虚线42表示的60A/s。
图4a中，设定点Imax对应可施加至直流/直流变流器4的最大电流设定点。该设定点Imax被定义为依据交流发电价5能够提供的储备的函数。电流调节设定点IconsDCDC因而可以在0到Imax之间变化。
直流/直流变流器4还通过电压调节设定点UconsDCDC被导控。该电压调节设定点可以在0到最大电压设定点Umax之间变化。该设定点Umax，在电池充电的情况下，依据电池3的状态来定义，例如能够通过其温度和其电量程度来确定。优选地，设定点Umax至少等于要施加至电池3用来克服其内部阻抗以允许其充电的电压阈值Ur。
直流/直流变流器4能够通过遵照施加第二逐步充电设定点CP2的电流IconsDCDC和/或电压UconsDCDC调节设定点的调整被导控，其中从控制构件7简化管理的原因，倾向于只管理一个直流/直流变流器4的调节设定点来调整电流动态dIIN/dt。优选地，在电池3充电过程中，固定电压调节设定点UconsDCDC并且仅适配电流调节设定点IconsDCDC，这比改变电压设定点UconsDCDC能够更为精细和快捷地适配电流动态dIIN/dt。
有利地，电压调节设定点UconsDCDC被固定在最大电压设定点值Umax，至少等于电池3充电需要的电压阈值Ur。
在这种情况下，通过遵照要实施的第二逐步充电设定点CP2(单位是A/s)，确定直流/直流变流器4的电流设定点IconsDCDC以便限制充电电流Iout的上升动态在0到Imax之间。同样，在电池3充电过程中，直流/直流变流器4的电流设定点IconsDCDC随着时间从0安培递增至多到Imax，如果充电时间允许，遵照通过第二逐步充电设定点CP2施加的步进设定点。
在尽可能的范围内，也即是说如果车载网络的电压是稳定的，优选地，为了优化电池3的充电，直流/直流变流器4被控制在使电流上升动态Iout遵照第二逐步充电设定点CP2等于第一逐步充电设定点CP1。
图4b中，此外C1和C2区域表示车载网络6电压骤降的两种情况。这个车载网络电压的剧烈变化可能是车载网络6的电消耗器件的启动造成的。在这种情况下，车载网络6的电压骤降引起直流/直流变流器4的输入电流IIN的增加使得其动态dIIN/dt大于第一逐步充电设定点CP1。
在这种情况下，如果车载网络电压URdB变的小于低阈值Sb，它自己倾向于小于交流发电机5的输出电压Uconsalt，直流/直流变流器4的电流设定点IconsDCDC不再递增，甚至递减来修正直流/直流变流器4的输入电流动态dIIN/dt，这回到调整第二逐步充电设定点CP2来实行在充电电流Iout上为了更快捷地修正电流动态dIIN/dt。
总之，在直流/直流变流器充电模式运行过程中，以下步骤被实现：
为了输入直流/直流变流器4的电流动态dIIN/dt的确定：
-第一逐步充电设定点CP1的读取，
-直流/直流变流器4消耗的电流IIN的测量，
-直流/直流变流器4消耗的电流IIN的导数dIIN/dt的确定，
为了调节这个动态：
-直流/直流变流器4消耗的电流动态dIIN/dt与第一逐步充电设定点CP1的比较，
-根据比较结果第二逐步充电设定点CP2的确定，
-通过遵照第二逐步充电设定点CP2实行的步进设定点随时间递增，直流/直流变流器4的电流调节设定点IconsDCDC和/或电压设定点UconsDCDC的确定，
-车载网络电压URdB的测量和在车载网络电压小于低阈值Sb的情况下，直流/直流变流器4的电流调节设定点IconsDCDC和/或电压调节设定点UconsDCDC不再递增或者开始递减直至其取消。
在第二逐步充电设定点CP2随着时间调整的变型中，只要直流/直流变流器4被控制在充电模式，上述步骤在电池3充电过程中以循环方式实现。
在一个变型中，交流发电机5可以被另一个电压连续以及在最小电压设定点和最大电压设定点之间可调的发电机替代，为直流/直流变流器或交流启动器类型。
在另一变型中，电能存储器同样能为电容器或超级电容器类型。
本发明能够在电池充电阶段最佳地控制车辆内的电能传递，车载网络需求的维护，这些需求为安全性的或者非安全性的。
Claims (8)
1.一种机动车辆(1)的电气架构(2)的电能管理方法，所述电气架构(2)包括：电能存储器(3)、包含电气部件的车载网络(6)、发电机(5)、包含连接到电能存储器(3)的输入端(E)以及连接到车载网络(6)和发电机(5)的输出端(S)的直流/直流变流器(4)、控制构件(7)，所述控制构件允许将发电机(5)操控至预定的第一逐步充电设定点(CP1)并且根据至少一种能够使电能存储器(3)充电的运行模式操控所述直流/直流变流器(4)，其特征在于，当直流/直流变流器(4)被控制在允许电能存储器(3)充电的运行模式时，直流/直流变流器(4)消耗的电流动态(dIIN/dt)通过对由直流/直流变流器(4)提供给电能存储器(3)的电流(Iout)实施逐步充电设定点(CP2)来调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所施加的第二逐步充电设定点(CP2)小于或等于发电机(5)的第一逐步充电设定点(CP1)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二逐步充电设定点(CP2)在电能存储器(3)充电过程中进行适配。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过遵照施加第二逐步充电设定点(CP2)的步进设定点随时间递增，确定直流/直流变流器(4)的电流调节设定点(IconsDCDC)和/或电压调节设定点(UconsDCDC)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在确定直流/直流变流器(4)的调节设定点步骤中，在电能存储器(3)充电过程中固定电压调节设定点(UconsDCDC)并且仅适配电流调节设定点(IconsDCDC)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括测量车载网络电压(URdB)，在车载网络电压小于低阈值(Sb)的情况下，直流/直流变流器(4)的调节设定点(IconsDCDC，UconsDCDC)不再递增或者开始递减直至消除。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二逐步充电设定点(CP2)在电能存储器(3)充电过程中被固定至不变阈值(Se)。
8.一种配备电器架构(2)的机动车辆(1)，所述电器架构包括：电能存储器(3)、车载网络(6)、发电机(5)、包含连接到电能存储器(3)的输入端(E)以及连接到车载网络(6)和发电机(5)的输出端(S)的直流/直流变流器(4)、允许导控直流/直流变流器(4)和发电机(5)的控制构件(7)，其特征在于，所述控制构件(7)被配置为实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。
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